阚志鹏聚合物添加剂调控分子取向实现 20.2% 双层有机太阳能电池

主要内容

将分子堆积方式从端面取向（edge-on）调控至更优的面取向（face-on），有助于提升有机太阳能电池（OSCs）的垂直电荷传输效率与光伏性能。然而，受限于复杂的制备工艺，实现这一结构转变的精准调控仍是一大挑战。

针对这一问题，广西大学阚志鹏与清华大学深圳国际研究院材料研究所SafakathKaruthedath等人提出一种微量聚合物给体PTO2辅助调控策略，成功诱导非富勒烯受体（NFA,Non-FullereneAcceptor）相形成面取向优势堆积。

微观结构表征结果显示，原子力显微镜（AFM）与掠入射广角X射线散射（GIWAXS）的形貌分析结果表明，PTO2可促进非富勒烯受体薄膜的J-聚集并提高其结晶度，为面取向优势堆积的形成奠定基础。该策略可协同促进电荷传输、抑制双分子复合并降低陷阱态密度，同时减少陷阱辅助复合、降低能量无序度，有效改善电荷提取效率，进而提升器件的短路电流密度（Jsc）与填充因子（FF）。

具体而言，基于PM6/L8-BO体系的双层有机太阳能电池，在添加浓度为0.8mg·mL⁻¹的PTO2后，器件填充因子接近80%，光电转换效率（PCE）达到20.2%的纪录值，显著优于未添加PTO2的旋涂器件。

值得注意的是，这种由PTO2驱动的分子取向调控策略，在多种给体-受体体系中均展现出稳定效能，凸显出广泛的适用性。上述结果证实，采用聚合物给体作为添加剂，是调控非富勒烯受体分子堆积取向、制备高性能双层有机太阳能电池的有效策略，该方法为非富勒烯受体分子取向的精准调控提供了全新思路，也为高性能双层有机太阳能电池的规模化制备开辟了实用路径。

文献信息

Tailoring Molecular Orientation with a Polymer Additive Enables Bilayer Organic Solar Cells with 20.2% Efficiency

Zhenmin Zhao, Sein Chung, Jiancheng Zhong, Xuemeng Yu, Liang Bai, Lixing Tan, Wei Pang, Jingrong Zhang, Wuning Wei, Guanlin Chen, Xin Li, Abdul Azeez, Yexiao Huang, Yongjoon Cho, Mingcong Wang, Kilwon Cho, Zhipeng Kan, Safakath Karuthedath

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202523848