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北航孫艷明&上交大劉峰AM：FF創紀錄83%，精準調控受體結晶實現效率超20%的二元器件OSCs

發表時間：2025-04-09 14:48

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主要內容：

對于自發結晶的有機光伏材料而言，給體（Donor）和受體（Acceptor）組分之間結晶度的差異，使得形態（形貌）優化一直是一項具有挑戰性的任務。晶體相中的缺陷會引發顯著的陷阱輔助復合現象，即電子 - 空穴對被缺陷捕獲后發生復合，而這一現象已成為限制有機太陽能電池（OSCs）填充因子（FF）的關鍵因素。在此背景下，北京航空航天大學化學學院的孫艷明教授與上海交通大學化學化工學院的劉烽教授帶領其團隊，共同開展了一項創新研究。

他們介紹了一種**調控受體結晶度的方法，即采用一種新型上層受體加工溶劑——三氯乙烯（TCE）。TCE能夠協同優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，同時其合適的揮發速率使得在成膜過程中，分子能夠有足夠的時間進行有序組裝，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會，進而減少陷阱輔助電荷復合。

得益于這一方法，二元有機太陽能電池的光伏性能取得了顯著提升，效率達到了20.05%。更為重要的是，實現了前所未有的83.0%填充因子，這也是目前有機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建高效的電荷傳輸網絡以及制造高效且形貌穩定的有機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隊進一步提出了一種適用于逐層（LBL）器件的溶劑處理方法，并詳細報道了新型溶劑三氯乙烯（TCE）在受體小分子上層沉積中的應用。TCE能夠誘導L8 - BO溶液形成更有序的聚集體，其適當的沸點允許對活性層的相形貌進行精細調控。這種精細調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的三維拓撲網絡。與氯仿（CF）和氯苯（CB）等傳統溶劑相比，使用TCE優化的活性層傳輸網絡實現了更低的陷阱密度，確保了更好的激子傳輸效率，并有助于實現更高的填充因子。*終，二元器件的光伏性能取得了突破，效率達到20.05%，填充因子達到前所未有的83.0%。

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