蘇大李永舫small：調控分子J-聚集拓寬光吸收范圍、降低能量損失，提升二元OSCs性能

主要內容

有機太陽能電池（OSCs）的效率本質上受制于光吸收增強與電壓損失之間的權衡效應，這一制約由能隙定律主導的強非輻射復合所驅動。針對這一局限，蘇州大學李永舫、賓海軍、崔超華和李耀文等人提出一種共添加劑調控策略，采用固態(tài)添加劑4-溴氯苯（BCB）與液態(tài)添加劑1,8-二碘辛烷（DIO）協(xié)同調控PM6:BTP-eC9活性層的分子聚集行為。

其中，DIO可促進受體材料聚集，縮小光學帶隙，但同時會引入結構無序性，且其聚集效應在共混薄膜中會有所減弱；相反，BCB則通過誘導J聚集穩(wěn)定分子堆疊結構，即便在共混薄膜中也能有效緩解共混誘導的帶隙偏移，并維持規(guī)整的分子堆積結構。兩種添加劑的作用差異源于其截然不同的成膜動力學：DIO會延長成核時間，增加過度聚集的概率；而BCB則會加速成核進程，促進有序晶體生長。

基于兩種添加劑的協(xié)同作用，該共添加劑策略可同步增強分子有序性與聚集程度，優(yōu)化活性層的垂直相分布，進而實現(xiàn)更寬的光譜吸收范圍、提升激子解離效率、增強電荷傳輸能力，并降低非輻射復合損失。最終，經該策略制備的有機太陽能電池器件實現(xiàn)19.72%的光電轉換效率（PCE），同時獲得81.3%的超高填充因子以及28.61 mA cm?2的短路電流密度，且電壓損失得到有效抑制。進一步引入氟化鎂（MgF?）減反射層后，器件的短路電流密度提升至29.62 mA cm?2，光電轉換效率隨之增至20.34%，這一性能指標躋身二元有機太陽能電池報道的最高短路電流密度與光電轉換效率之列。

相較于單一添加劑處理，經共添加劑策略調控的薄膜展現(xiàn)出更優(yōu)異的形貌特征，最終賦予器件更出色的光電性能與穩(wěn)定性。本研究證實了BCB與DIO共調控策略在優(yōu)化分子排列及電荷動力學方面的有效性，不僅為突破有機太陽能電池的效率瓶頸、同步降低光學損失與能量損失提供了切實可行的技術路徑，未來該策略的進一步拓展更有望推動有機太陽能電池的效率逐步逼近其理論極限。

文獻信息

Enhancing Binary Organic Solar Cell Performance by Manipulating Molecular J-aggregation to Broaden Absorption and Reduce Energy Loss

Panpan Zhang, Keteng Zhu, Jing Zhang, Yuanchuan Tian, Junyu Li, Yaowen Li, Chaohua Cui, Haijun Bin, Yongfang Li

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202514190

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