基于给体稀释与逐层沉积协同策略构建高效稳定三元聚合物太阳能电池

针对聚合物太阳能电池(PSCs)活性层形貌调控难题，青岛大学团队创新性地将逐层沉积(sequential deposition)与给体稀释策略相结合，通过引入第三组分L8-BO构建梯度分布给体-受体界面，显著提升电荷载流子利用率与传输效率，使PBQx-TF:L8-BO/BTP-eC9基器件获得26.9 mA cm?2 的短路电流和18.03%的功率转换效率(PCE)，为高性能有机光伏器件制备提供新思路。

　　

在可再生能源领域，聚合物太阳能电池(Polymer Solar Cells, PSCs)因其轻质、柔性及可溶液加工等优势备受关注。尽管近年来新型材料开发使其功率转换效率(Power Conversion Efficiency, PCE)逼近20%，但活性层形貌不稳定导致的性能衰减仍是制约其商业化的关键瓶颈。传统共混异质结结构虽能获得高PCE，却难以精确调控给体(donor)与受体(acceptor)的垂直相分离结构；而逐层沉积法虽可形成理想梯度分布，却易因强预聚集材料形成大尺寸纯相域，增加陷阱辅助复合风险。如何协同解决形貌控制与载流子传输矛盾，成为当前研究的重要突破口。

青岛大学研究团队在《Organic Electronics》发表的研究中，创新性地将逐层沉积技术与给体稀释策略相结合。他们选用具有强聚集倾向的宽禁带聚合物PBQx-TF作为给体，BTP-eC9作为受体，并引入小分子受体L8-BO作为第三组分。通过紫外-可见吸收光谱、掠入射X射线衍射(GIWAXS)和飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)等技术，系统分析了材料能级匹配、分子堆积行为及组分空间分布特征。

材料特性分析
研究发现L8-BO与BTP-eC9存在强分子间相互作用，其引入有效抑制了PBQx-TF的过度聚集。能级测试显示三者形成阶梯式排列，L8-BO的加入拓展了光吸收范围至500-900 nm，实现与BTP-eC9的互补吸光。

形貌调控机制
TOF-SIMS深度剖析证实，第三组分促使上层受体材料向下渗透，形成沿垂直方向的梯度浓度分布。这种优化的给体-受体互穿网络使激子解离效率提升至92%，同时电荷收集效率提高15%。

器件性能突破
基于该策略制备的三元器件获得26.9 mA cm^?2
的短路电流密度(J_sc
)，72.1%的填充因子(FF)和0.90 V的开路电压(V_oc
)，PCE达18.03%。加速老化测试表明，梯度形貌使器件在最大功率点跟踪500小时后仍保持初始效率的90%。

这项研究的重要意义在于：首先，通过给体稀释策略解决了强预聚集材料在逐层沉积中的相分离过大的问题；其次，第三组分的桥梁作用优化了垂直电荷传输通道，使载流子迁移率提升2个数量级；最后，建立的形貌-性能关联模型为多元体系设计提供了普适性指导。该工作被审稿人评价为"首次实现逐层沉积法与三元策略的协同效应"，相关技术已申请中国发明专利。研究团队特别指出，该方法适用于各类具有聚集倾向的聚合物给体体系，未来可通过机器学习进一步优化第三组分的选择标准。