姚惠峰&侯剑辉最新ACS：基于小分子给体/聚合物受体OSCs效率超10%

主要内容

东南大学姚惠峰教授与中国科学院化学研究所侯剑辉研究员带领其团队开展深入研究，发现小分子给体/聚合物受体（Small - molecule Donor/Polymer Acceptor，SD/PA）体系作为有机太阳能电池（Organic Solar Cells，OSCs）领域一种虽非传统却极具前景的材料组合，展现出显著的形貌稳定性优势。然而，小分子给体（SD）分子间较强的相互作用，在成膜过程中极易引发过度聚集现象。这种过度聚集会严重阻碍激子的有效解离以及电荷的顺畅传输，进而对器件性能的提升形成明显限制。

为解决这一关键问题，姚惠峰教授与侯剑辉研究员团队创新性地提出了一种后处理策略，即采用反向热退火（Reverse Thermal Annealing，RTA）与常规热退火（Thermal Annealing，TA）相结合的方式（简称RTA&TA），对基于BTR - Cl/PY - IT的小分子给体/聚合物受体有机太阳能电池（SD/PA - OSCs）的形貌进行精准调控。实验结果表明，经RTA&TA处理后，小分子给体的聚集现象得到显著抑制，相区尺寸从73.92纳米成功减小至52.80纳米。

这种形貌上的优化带来了多方面的积极影响：激子解离效率大幅提升，电荷转移过程明显加速，同时复合损失得到有效控制。得益于这些改进，器件的光电转换效率一举提升至10%以上，填充因子也从49.49%显著提高到55.69%。

为深入探究背后的作用机制，团队运用原子力显微镜（AFM）和掠入射广角X射线散射（GIWAXS）技术对形貌进行了详细分析。分析结果证实，RTA&TA处理下改善的分子堆积结构和相容性，是提升器件性能的关键内在因素。

综上所述，本研究有力地证明了将反向热退火（RTA）与常规热退火（TA）相结合，是一种极为有效的后处理策略。以BTR - Cl/PY - IT为模型体系的研究进一步表明，RTA&TA处理不仅能显著抑制BTR - Cl的过度聚集，还能促进激子解离、增强电荷传输并有效减少复合。经RTA&TA处理的最优电池实现了高达10.01%的显著光电转换效率（PCE），相较于仅采用TA处理的电池所达到的最高8.80%的PCE，实现了质的飞跃。本研究通过提出一种具有普遍适用性的策略，成功攻克了给体过度聚集这一制约SD/PA体系发展的关键难题，为SD/PA体系设定了新的性能标杆，也为基于非常规材料组合的高效、稳定有机太阳能电池的开发进程注入了强大动力。

文献信息

Small-MoleculeDonor/PolymerAcceptor-BasedOrganicSolarCellsAchieve>10%Efficiency

DashunHuang、ZhihaoChen、WenchaoZhao、LongfeiJia、MingfeiLi、TongyuJu、ZhengXie、WentaoLu、JingshuMa、WeiMao、XiaotaoHao、JianhuiHou、HuifengYao

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c16793