武大閔杰Angew：18.12% 創(chuàng)紀(jì)錄！可控?zé)o序不對(duì)稱給體實(shí)現(xiàn)高效全小分子太陽(yáng)能電池

主要內(nèi)容

全小分子有機(jī)太陽(yáng)能電池（all-SMOSCs）憑借明確的分子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的批次重復(fù)性，成為下一代光伏技術(shù)的潛力候選者，但其效率受限于形貌調(diào)控與加工性能。針對(duì)這一核心瓶頸，武漢大學(xué)閔杰、孫瑞團(tuán)隊(duì)開(kāi)展專項(xiàng)研究，設(shè)計(jì)了三種不對(duì)稱小分子給體 ——MPhS-HF、MPhS-OP 和 MPhS-PF，通過(guò)差異化側(cè)鏈功能化修飾，系統(tǒng)探究分子設(shè)計(jì)、溶液態(tài)相互作用、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)與共混形貌之間的構(gòu)效關(guān)系。

其中，MPhS-OP 表現(xiàn)出獨(dú)特的延遲結(jié)晶特性，且與非富勒烯受體 L8-BO 形成優(yōu)異的相容性，進(jìn)而構(gòu)建出精細(xì)互穿的給體 - 受體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可有效促進(jìn)激子高效解離、實(shí)現(xiàn)電荷平衡傳輸，并顯著減少?gòu)?fù)合損失，最終使 MPhS-OP:L8-BO 二元器件在傳統(tǒng)旋涂工藝下達(dá)成 18.12% 的創(chuàng)紀(jì)錄光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）。更值得關(guān)注的是，該體系展現(xiàn)出**的加工耐受性 —— 在厚膜制備、大面積器件組裝、高速刮涂工藝及綠色溶劑加工等多元化場(chǎng)景中，器件效率均穩(wěn)定保持在 16.4% 以上，為其規(guī)?；瘧?yīng)用奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。

原位光譜表征與熱力學(xué)模擬結(jié)果表明，MPhS-OP 的優(yōu)異性能源于其獨(dú)特的成膜動(dòng)力學(xué)行為：相對(duì)于受體 L8-BO，給體分子的沉淀過(guò)程被顯著延遲，從而有效抑制了過(guò)早相分離，確保在不同加工條件下均可穩(wěn)定形成均一的納米互穿形貌。閔杰、孫瑞團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究證實(shí)，對(duì)不對(duì)稱小分子給體進(jìn)行精準(zhǔn)側(cè)鏈工程設(shè)計(jì)，是同時(shí)調(diào)控 all-SMOSCs 溶液態(tài)相互作用、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)及本體異質(zhì)結(jié)形貌的高效策略。該成果不僅為全小分子有機(jī)太陽(yáng)能電池樹(shù)立了新的效率標(biāo)桿，揭示了規(guī)?；苽溥^(guò)程中給體設(shè)計(jì)對(duì)成膜路徑及形貌重復(fù)性的關(guān)鍵調(diào)控作用，更從分子層面闡明了器件加工耐受性的內(nèi)在機(jī)理，凸顯了不對(duì)稱給體工程設(shè)計(jì)作為推動(dòng)高性能、可制造有機(jī)光伏技術(shù)發(fā)展的通用策略價(jià)值。

文獻(xiàn)信息

Controlled-Disorder Asymmetrical Donors Enable Efficient All-Small-Molecule Solar Cells with Excellent Solution-Processability

Lin-Yong Xu, Yuan Gao, Rui Sun, Zicheng Xing, Bo Xiao, Xinrong Yang, Yiming Shao, Bowen Chang, Xiaohei Wu, Prof. Biao Xiao, Meimei Zhang, Prof. Jie Min

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202519713

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