陈红征团队ACS Nano：通过纳米限域效应调控有机光伏器件的稳定性

主要内容

尽管有机光伏器件（OPVs）的光电转换效率（PCE）已突破20%，但其商业化进程仍受限于不足的工作稳定性。活性层中给体-受体共混物的相分离纳米结构会自发趋向热力学平衡状态演变，进而引发器件老化。

针对这一问题，浙江大学陈红征、左立见及浙江理工大学左彪等人联合开展研究，证实将活性层（AL）夹置于空穴传输层（HTL）与电子传输层（ETL）之间产生的纳米限域效应，可有效破解这一难题。该效应通过提高分子运动能垒、构筑结构波动阻碍，显著减缓给体-受体共混物的纳米形貌演变进程，从而抑制器件老化。具体而言，纳米限域效应可使玻璃化转变温度（Tg）提升12℃，链段松弛能垒提高144kJ/mol；基于20nm超薄活性层的器件，其效率衰减至初始值80%的时间（T₈₀）至少是厚膜器件的15倍，器件寿命同步延长至原来的15倍。

同时，研究团队提出利用时温等效原理对器件热衰减动力学进行定量分析，发现主导器件衰减的表观能垒与活性层分子运动能垒存在线性关联。更为关键的是，团队明确器件光电转换效率衰减动力学与活性层分子动力学行为存在本质关联，且该分子动力学行为可通过调控限域效应实现优化。据此，研究建立了分子动力学、形貌稳定性与器件宏观性能的关联机制，三者均由活性层限域效应及其与HTL、ETL的界面相互作用共同调控。

该作用机制的阐明，不仅为构筑高性能、高稳定性有机光伏器件提供了关键设计准则，更为高效、高稳定性光伏技术的发展提供了极具价值的理论指导。

文献信息

TamingtheStabilityofOrganicPhotovoltaicsbyNanoconfinement

XiaolingWu，SisiGe，LijianZuo，AdiljanWupur，XiangjunZheng，XiangWang，XueyanDing，YaokaiLi，YimingWang，YuhuiYang，MiaoDu，BiaoZuo，HongzhengChen

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c16416