闞志鵬AFM：聚合物添加劑調(diào)控分子取向，制備20.2%效率雙層有機(jī)太陽(yáng)能電池

主要內(nèi)容

將分子堆積方式從端面取向（edge-on）調(diào)控至更優(yōu)的面取向（face-on），有助于提升有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSCs）的垂直電荷傳輸效率與光伏性能。然而，受限于復(fù)雜的制備工藝，實(shí)現(xiàn)這一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的精準(zhǔn)調(diào)控仍是一大挑戰(zhàn)。

針對(duì)這一問題，廣西大學(xué)闞志鵬與清華大學(xué)深圳國(guó)際研究院材料研究所Safakath Karuthedath等人提出一種微量聚合物給體PTO2輔助調(diào)控策略，成功誘導(dǎo)非富勒烯受體（NFA, Non-Fullerene Acceptor）相形成面取向優(yōu)勢(shì)堆積。

微觀結(jié)構(gòu)表征結(jié)果顯示，原子力顯微鏡（AFM）與掠入射廣角X射線散射（GIWAXS）的形貌分析結(jié)果表明，PTO2可促進(jìn)非富勒烯受體薄膜的J-聚集并提高其結(jié)晶度，為面取向優(yōu)勢(shì)堆積的形成奠定基礎(chǔ)。該策略可協(xié)同促進(jìn)電荷傳輸、抑制雙分子復(fù)合并降低陷阱態(tài)密度，同時(shí)減少陷阱輔助復(fù)合、降低能量無序度，有效改善電荷提取效率，進(jìn)而提升器件的短路電流密度（Jsc）與填充因子（FF）。

具體而言，基于PM6/L8-BO體系的雙層有機(jī)太陽(yáng)能電池，在添加濃度為0.8 mg·mL?1的PTO2后，器件填充因子接近80%，光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）達(dá)到20.2%的紀(jì)錄值，顯著優(yōu)于未添加PTO2的旋涂器件。

值得注意的是，這種由PTO2驅(qū)動(dòng)的分子取向調(diào)控策略，在多種給體-受體體系中均展現(xiàn)出穩(wěn)定效能，凸顯出廣泛的適用性。上述結(jié)果證實(shí)，采用聚合物給體作為添加劑，是調(diào)控非富勒烯受體分子堆積取向、制備高性能雙層有機(jī)太陽(yáng)能電池的有效策略，該方法為非富勒烯受體分子取向的精準(zhǔn)調(diào)控提供了全新思路，也為高性能雙層有機(jī)太陽(yáng)能電池的規(guī)?；苽溟_辟了實(shí)用路徑。

文獻(xiàn)信息

Tailoring Molecular Orientation with a Polymer Additive Enables Bilayer Organic Solar Cells with 20.2% Efficiency

Zhenmin Zhao, Sein Chung, Jiancheng Zhong, Xuemeng Yu, Liang Bai, Lixing Tan, Wei Pang, Jingrong Zhang, Wuning Wei, Guanlin Chen, Xin Li, Abdul Azeez, Yexiao Huang, Yongjoon Cho, Mingcong Wang, Kilwon Cho, Zhipeng Kan, Safakath Karuthedath

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202523848

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