通过异构体添加剂介导的顺序处理实现无卤有机太阳能电池20％的效率

活性层的顺序处理 (SqP) 可通过更有针对性的溶剂设计，独立优化供体和受体，这被认为是实现高效有机太阳能电池 (OSC) 最有前景的策略。在 SqP 方法中，良好的互穿网络很大程度上取决于底层膨胀的精细控制。然而，供体和受体溶剂的选择大多基于反复试验的方式。单一溶剂通常无法实现充分膨胀但又不过量的膨胀，这长期以来一直是高效 SqP OSC 的难题。本文引入两种新的同分异构体分子来微调成核和结晶动力学，从而可以合理控制底层的膨胀。同分异构体分子与活性材料之间强烈的非共价相互作用为优化膨胀过程提供了极好的驱动力。其中，偶极矩大的分子促进了 PM6 的早期成核，并延长了 SqP 过程中的结晶时间，从而改善了本体形貌和垂直相分离。最终，基于甲苯溶剂铸造的PM6/PYF-To（全聚合物）和PM6/BTP-eC9器件实现了17.38%和20.00%（认证效率19.70%）的最佳效率。

　　

在张光业教授的带领下，深圳技术大学及其合作机构的研究人员在有机太阳能电池（OSC）技术方面取得了重大进展。他们发表在《纳米微快报》（Nano-Micro Letters ）上的最新研究成果，引入了一种新颖的增材工程策略，使 完全采用非卤化溶剂处理的二元OSC的能量转换效率（PCE）达到20.0%。这一进展不仅为甲苯处理的OSC树立了新的标杆，也提供了一种符合工业化需求的可扩展且环保的方法。

为什么这项创新很重要

• 经认证的甲苯效率为 20%：PM6/BTP-eC9 OSC 的 PCE 达到了惊人的 20.0%（经认证为 19.7%），超过了许多采用卤素溶剂处理的设备。
• 绿色且可扩展的制造：整个过程使用甲苯（一种非卤素、高沸点溶剂），避免使用氯仿等不适合大规模制造的有毒溶剂。
• 通用加法策略：该策略已被证明在多个系统中有效，包括PM6/PYF-T- o、PM6/L8-BO和PM6/PJ1- γ，具有广泛的适用性。

关键创新：添加剂引导的二次成核控制

为了解决顺序处理有机太阳能电池 (SqP) 中长期以来存在的形貌控制难题，该团队在供体层或受体层中引入了两种异构体添加剂ODBC 和 PDBC。这些添加剂通过非共价相互作用调节 活性材料的膨胀和聚集行为，从而实现薄膜形貌的精确调控。

• 偶极驱动控制：具有更高偶极矩的 ODBC 促进更早的成核 和更紧密的 π-π 堆积，从而增强结晶度和激子解离。
• 添加剂放置很重要：将添加剂添加到受体层 而不是供体层可以产生更好的形态和电荷传输特性。
• 干燥动力学优化：ODBC/PDBC 的高沸点延长了干燥窗口，促进了均相分离和垂直相分离。

前所未有的设备性能

• PM6/PYF-T- o装置：实现了17.38% 的最高 PCE，超过了氯仿铸造混合装置（16.81%），标志着该二元系统的最高效率。
• PM6/BTP-eC9 器件：以 ODBC 和 2PACZ 作为空穴传输层，认证 达到19.7%——这是非卤化溶剂处理二元 OSC 的最高值。
• 改进的电荷动力学：
  • 高短路电流（J _SC）高达26.2 mA cm ^-2。 
  • 平衡且增强的载流子迁移率（μ _e  ≈ μ _h  ≈ 7.7 × 10? ⁴  cm ² V ^-1 s ^-1）。
  • 通过光 CELIV 和瞬态光电压测量验证，减少了双分子复合并改善了电荷提取。

机械洞察和形态控制

• 原位吸收和 AFM：延长干燥时间和较小的 RMS 粗糙度证实了更精细的微观结构。
• GIWAXS 分析：改进的 π–π 堆积（d 间距 ~3.67 ?，CCL ~11.14 ?）支持更好的电荷传输。
• 垂直成分分析：FDDLAS 和 FLAS 分析揭示了更均匀的供体/受体分布，促进了有效的激子解离和电荷收集。
• 超快光谱：瞬态吸收实验表明，在 ODBC 处理的设备中，空穴传输增强，界面电荷产生更强。

稳健性和广泛适用性

• 稳定性：带有 ODBC 的设备表现出优异的光和热稳定性， 连续照明500 小时后仍保留 88% 以上的 PCE 。
• 通用性：加法策略扩展到各种二进制OSC系统，不断提高性能：
  • PM6/L8-BO：从16.95%增加到18.16%。
  • PM6/PJ1- γ：从14.36%增加到17.41%。

未来展望

本研究 利用SqP框架中的添加剂诱导二次成核控制，建立了一条实用且可扩展的高效无卤有机太阳能电池制备方法 。使用ODBC等异构体添加剂，可以有效调控形貌，从而增强结晶度、电荷传输和长期稳定性。该策略兼容多种体系和工艺条件，有望实现工业规模的环保型有机光伏生产。

请继续关注张光业教授团队的更多进展，他们将继续推动绿色、高性能有机太阳能技术的前沿！