黃輝團(tuán)隊(duì)：固體添加劑在有機(jī)太陽能電池中的研究進(jìn)展

主要內(nèi)容

形貌是決定有機(jī)太陽能電池（OSCs）光伏性能的關(guān)鍵因素，因其可通過調(diào)控活性層內(nèi)的納米尺度相分離與分子堆積行為，進(jìn)而主導(dǎo)電荷的產(chǎn)生、分離與傳輸過程。在已開發(fā)的各類形貌調(diào)控策略中，固體添加劑（SAs）憑借獨(dú)特優(yōu)勢(shì)成為**前景的技術(shù)路徑。該方法不僅成本低廉、易于摻入，且無需復(fù)雜的合成改性即可實(shí)現(xiàn)對(duì)活性層形貌的精準(zhǔn)調(diào)控。固體添加劑能夠誘導(dǎo)形成理想的納米尺度相分離結(jié)構(gòu)，助力有序疇區(qū)的構(gòu)建，從而優(yōu)化電荷傳輸路徑、降低電荷復(fù)合損耗。近年來的研究進(jìn)展表明，固體添加劑工程在推動(dòng) OSCs 走向規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用方面具有巨大潛力。中國科學(xué)院大學(xué)黃輝、蔡蕓皓等人綜述了固體添加劑領(lǐng)域的**研究進(jìn)展，重點(diǎn)闡述其在調(diào)控成膜動(dòng)力學(xué)與優(yōu)化活性層形貌中的作用機(jī)制。

然而，盡管過去幾年間，在開發(fā)適用于 OSCs 的有機(jī)小分子非揮發(fā)性固體添加劑方面已取得顯著進(jìn)展，但標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的缺失，仍持續(xù)為科研工作者帶來挑戰(zhàn)。從材料視角來看，已報(bào)道的多數(shù)非揮發(fā)性固體添加劑僅展現(xiàn)出有限的效率提升能力，這表明其應(yīng)用潛力尚未被充分挖掘。采用固體添加劑制備 OSCs 的核心障礙之一，在于對(duì)添加劑與活性層組分間分子相互作用機(jī)制的認(rèn)知不足。由于作用機(jī)理尚不明確，預(yù)測(cè)和調(diào)控固體添加劑對(duì)活性層形貌、結(jié)晶度及相分離行為的影響，依舊是一項(xiàng)難題。固體添加劑需與太陽能電池中所用的多種光敏材料具備相容性，一旦相容性不足，便會(huì)引發(fā)相分離、成膜質(zhì)量劣化等問題，最終導(dǎo)致器件性能下降。因此，開發(fā)適用于各類 OSCs 體系的通用型固體添加劑，是一項(xiàng)亟待推進(jìn)的重要任務(wù)。

此外，殘留在活性層中的固體添加劑可能會(huì)對(duì)器件的穩(wěn)定性與性能產(chǎn)生不利影響。計(jì)算材料學(xué)與數(shù)據(jù)科學(xué)的**進(jìn)展，為高性能有機(jī)半導(dǎo)體材料的研發(fā)提供了新的思路，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏參數(shù)與器件穩(wěn)定性的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)?；诖?，可借助機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)預(yù)測(cè)并建立固體添加劑結(jié)構(gòu)與器件性能之間的關(guān)聯(lián)，這一方法或?qū)⒋蠓s短研發(fā)周期。盡管實(shí)驗(yàn)室尺度的研究已顯現(xiàn)出良好潛力，但將固體添加劑的應(yīng)用拓展至工業(yè)化生產(chǎn)階段，仍面臨諸多挑戰(zhàn)。特別是對(duì)于大面積 OSCs 而言，需要借助**工藝來保障固體添加劑的均勻分布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)器件的高性能輸出。與此同時(shí)，高純度固體添加劑的制備成本偏高，要推動(dòng)固體添加劑在 OSCs 領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，還需開發(fā)低成本的合成工藝。

綜上，固體添加劑在提升 OSCs 性能與穩(wěn)定性方面展現(xiàn)出巨大潛力，但要實(shí)現(xiàn)其實(shí)際應(yīng)用與商業(yè)化價(jià)值，攻克當(dāng)前存在的諸多局限性至關(guān)重要。未來需重點(diǎn)開展以下幾方面研究工作：

（1）闡明固體添加劑作用的內(nèi)在機(jī)理；

（2）優(yōu)化固體添加劑調(diào)控相關(guān)的工藝參數(shù)；

（3）開發(fā)環(huán)境友好型綠色添加劑，降低其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響；

（4）驗(yàn)證固體添加劑在 OSCs 中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)可行性與環(huán)境可持續(xù)性。

文獻(xiàn)信息

Recent Progress of Solid Additives in Organic Solar Cells

Misbah Sehar Abbasi,Rabia Sultana,Yunhao Cai,Hui Huang

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/polymscitech.5c00108

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