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北航孫艷明&上交大劉峰AM：FF創(chuàng)紀(jì)錄83%，精準(zhǔn)調(diào)控受體結(jié)晶實(shí)現(xiàn)效率超20%的二元器件OSCs

發(fā)表時(shí)間：2025-04-09 14:48

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主要內(nèi)容：

對(duì)于自發(fā)結(jié)晶的有機(jī)光伏材料而言，給體（Donor）和受體（Acceptor）組分之間結(jié)晶度的差異，使得形態(tài)（形貌）優(yōu)化一直是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。晶體相中的缺陷會(huì)引發(fā)顯著的陷阱輔助復(fù)合現(xiàn)象，即電子 - 空穴對(duì)被缺陷捕獲后發(fā)生復(fù)合，而這一現(xiàn)象已成為限制有機(jī)太陽能電池（OSCs）填充因子（FF）的關(guān)鍵因素。在此背景下，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院的孫艷明教授與上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的劉烽教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)，共同開展了一項(xiàng)創(chuàng)新研究。

他們介紹了一種**調(diào)控受體結(jié)晶度的方法，即采用一種新型上層受體加工溶劑——三氯乙烯（TCE）。TCE能夠協(xié)同優(yōu)化受體分子之間的相互作用，并平衡成膜過程。具體來說，TCE通過與受體分子特定的相互作用，促使受體分子以更有序的方式排列，同時(shí)其合適的揮發(fā)速率使得在成膜過程中，分子能夠有足夠的時(shí)間進(jìn)行有序組裝，從而增加傳輸相的比例。這些傳輸相為電子傳輸提供了高速通道，減少了電子和空穴在傳輸過程中被缺陷捕獲的機(jī)會(huì)，進(jìn)而減少陷阱輔助電荷復(fù)合。

得益于這一方法，二元有機(jī)太陽能電池的光伏性能取得了顯著提升，效率達(dá)到了20.05%。更為重要的是，實(shí)現(xiàn)了前所未有的83.0%填充因子，這也是目前有機(jī)太陽能電池中填充因子的*高值。這種簡便而有效的方法為構(gòu)建高效的電荷傳輸網(wǎng)絡(luò)以及制造高效且形貌穩(wěn)定的有機(jī)太陽能電池提供了一種有前景的手段。

在本工作中，孫艷明教授和劉烽教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了一種適用于逐層（LBL）器件的溶劑處理方法，并詳細(xì)報(bào)道了新型溶劑三氯乙烯（TCE）在受體小分子上層沉積中的應(yīng)用。TCE能夠誘導(dǎo)L8 - BO溶液形成更有序的聚集體，其適當(dāng)?shù)姆悬c(diǎn)允許對(duì)活性層的相形貌進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。這種精細(xì)調(diào)控使得活性層中形成了高效傳輸相和低效傳輸相的合理分布，高效傳輸相比例的增加，并形成了有利于電荷傳輸?shù)娜S拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。與氯仿（CF）和氯苯（CB）等傳統(tǒng)溶劑相比，使用TCE優(yōu)化的活性層傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了更低的陷阱密度，確保了更好的激子傳輸效率，并有助于實(shí)現(xiàn)更高的填充因子。*終，二元器件的光伏性能取得了突破，效率達(dá)到20.05%，填充因子達(dá)到前所未有的83.0%。

此外，由于活性層形貌得到了優(yōu)化且分子排列緊密，該器件還保持了良好的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。這一策略突破了傳統(tǒng)溶劑體系的局限性，并為高效活性層形貌的優(yōu)化提供了新的見解。孫艷明教授和劉烽教授團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究成果，為有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域的發(fā)展注入了新的活力，有望推動(dòng)該領(lǐng)域向更高效率、更穩(wěn)定性能的方向邁進(jìn)。