梯度垂直形态工程：通过顺序沉积策略实现效率达18.51%的全聚合物太阳能电池

全聚合物太阳能电池（all-PSCs）因稳定性优异但受限于给体/受体相容性差和垂直形态无序的问题。研究人员提出梯度垂直结构（PBQx-TCl/binary/PY-V-γ），通过顺序沉积（SD）策略优化电荷传输，实现18.51%的功率转换效率（PCE），显著高于对照组（17.34%-18.01%），为工业应用提供新思路。

　　

在可再生能源领域，全聚合物太阳能电池（all-PSCs）因其轻质、柔性和可溶液加工的特性备受关注，但给体（donor）和受体（acceptor）材料的相容性差及垂直方向形态无序问题长期制约其效率提升。传统体异质结（BHJ）结构依赖自发相分离，难以精确调控电荷传输路径。尽管近年PCE突破19%，但聚合物链的刚性纠缠仍导致活性层形态不佳，引发电荷复合。为此，研究人员提出一种创新的梯度垂直形态工程策略，通过顺序沉积（Sequential Deposition, SD）构建“给体/BHJ/受体”三明治结构，显著优化性能。

研究团队采用紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、原子力显微镜（AFM）和空间电荷限制电流（SCLC）等技术，系统分析了材料能级排列与电荷动力学。通过预沉积给体PBQx-TCl、中间层PM6:PY-IT二元混合物及顶部受体PY-V-γ，形成能级梯度（LUMO: -5.49 eV至-5.64 eV），促进电荷定向传输。

化学结构、吸收与能级分析
材料能级呈阶梯式排列（PBQx-TCl: -5.49 eV, PY-V-γ: -5.64 eV），紫外吸收显示互补覆盖300-900 nm光谱，为高效光捕获奠定基础。

梯度垂直结构的性能优势
PBQx-TCl/binary/PY-V-γ器件实现18.51%的PCE（对照组为17.34%-18.01%），归因于平衡的载流子迁移率（μ_h
/μ_e
≈1.02）和降低的复合损失。电化学阻抗谱（EIS）证实其界面电荷提取效率提升。

稳定性验证
氮气环境中存储2000小时后，器件保持94.1%初始PCE，凸显梯度结构的机械耐久性。

该研究通过SD策略实现了活性层垂直形态的精准调控，为解决all-PSCs的工业应用瓶颈提供了新范式。能级梯度设计与界面优化的协同效应，为后续开发更高效率的柔性光电器件指明方向。论文发表于《Materials Today Energy》，通讯作者为Zhixiong Huang。