北京
主要内容
全小分子有机太阳能电池（ASM-OSCs）在结构设计与合成方面优势显著。然而，受给体-受体混溶性影响，其形貌控制面临诸多挑战。南开大学陈永胜教授、阚斌研究员带领团队针对这一难题展开深入研究，提出了一种简单高效的形貌调控策略：在BTR-Cl:Y6二元体系中引入少量聚合物给体PM6。
PM6的链状结构能够引导BTR-Cl相外延生长，促使给体畴内形成连续的纤维状网络。基于此策略，未使用添加剂且采用邻二甲苯加工的器件展现出优异的电荷动力学特性，短路电流密度和填充因子显著提升，实现了18.3%的最高光电转换效率（PCE）。这一效率在非卤代溶剂加工的小分子给体-小分子受体占主导的有机太阳能电池中处于领先水平。
不仅如此，在BTR-Cl:Y6体系中引入PM1，同样实现了18.0%的PCE。这些器件还具有出色的厚度不敏感性，当活性层厚度达300纳米时，仍能保持峰值效率的96%。借助非卤代溶剂的优势，团队成功制备出面积为13.5平方厘米的大面积有机太阳能电池，其PCE达到12.2%。柔性器件的PCE为14.9%，且在800次弯曲循环后，仍能保持初始PCE的92%，这主要归功于PM6的长链结构增强了活性层的抗开裂应变。
从实验结果来看，该形貌调控策略成效显著。将少量聚合物PM6引入小分子给体-小分子受体占主导的有机太阳能电池（OSCs）中，有效解决了因小分子给体和受体高混溶性导致理想相分离难以实现的问题。这种调控优化了活性层形貌，通过促进面朝上取向和连续纤维网络的形成，大幅提高了激子解离和电荷传输效率，使得基于BTR-Cl:PM6:Y6的器件效率高达18.3%。同时，BTR-Cl:PM6:Y6体系还表现出优异的厚度不敏感性，具备大面积制备的潜力。得益于PM6的长链结构，柔性三元器件实现了18.9%的高PCE，且在800次弯曲循环后仍能保持92%的初始效率。此外，将聚合物PM1引入BTR-Cl:Y6体系实现18.0%的PCE，进一步验证了该策略的有效性。
尽管PM6/PM1聚合物在提升小分子给体-小分子受体占主导的活性层器件多方面性能上优势突出，但其批次间差异仍是一个亟待解决的重大挑战。低聚物兼具小分子的结构精确性和批次可重复性，以及聚合物的优异成膜能力和形貌稳定性，是小分子给体-小分子受体占主导的OSCs形貌控制的理想候选材料。设计此类低聚物材料，有望解决聚合物批次间差异问题，进一步提升小分子给体-小分子受体占主导的OSCs的整体性能，实现更高效稳定器件的制备。因此，设计兼具聚合物形貌调控优势和小分子高纯度、易结晶特性的低聚物材料，将是该领域未来研究的关键方向。
文献信息
Polymer-Assisted Morphology Regulation Enables 18.3%–Efficiency in o-Xylene Processed All-Small-Molecule Organic Solar Cells
Jia Wang, Wenying Zhou, Wenkai Zhao, Baofa Lan, Jiaying Wang, Wanying Feng, Miaomiao Li, Adiljan Wupur, Weifei Fu, Guankui Long, Bin Kan, Yongsheng Chen
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202504576
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