薄志山AFMPCE 20.1%! 剪切力场调控纤维状活性层形貌制备高效OSCs

主要内容

青岛大学刘亚辉、路皓，北京师范大学薄志山以及上海交通大学刘烽、郝博男等人提出一种偏心旋涂策略，通过在器件制备过程中强化并精准调控剪切力场，诱导高分子量D18（HW-D18）溶液产生显著剪切稀化效应，促使高分子链形成高程度取向及更规整的面朝上排列，同时实现对聚合物给体D18纤维取向与结晶行为的精细调控，有效提升了聚合物薄膜的结晶性。这一改性效果不仅大幅优化了D18:L8-BO活性层的微观形貌，将共混薄膜的相分离畴尺寸调控至约27nm，还显著提升了电荷收集长度，协同提高了载流子迁移率、激子解离效率与电荷传输效率，同时有效抑制了双分子复合过程。

基于该策略制备的器件展现出优异光伏性能：活性层厚度为100nm、有效面积0.04cm²的有机太阳能电池（OSCs），填充因子（FF）从79.3%提升至81.0%，光电转换效率（PCE）从19.2%提升至20.1%；即便将活性层厚度增至200nm、300nm和500nm，其光电转换效率仍分别可达19.1%、18.5%和16.9%，体现出出色的厚度耐受性；有效面积扩大至0.1cm²的大尺寸器件，也保持了18.7%的优异效率。此外，该策略具有良好的普适性，可适配PM6、PBDB-T等多种聚合物给体体系，以及PM6:BTP-eC9-4F、D18-Cl:L8-BO等材料组合，将其应用于D18:L8-BO:BTP-eC9-4Cl三元体系时，器件光电转换效率最高可达20.5%。

综上，该研究证实，通过剪切力场调控可诱导聚合物形成纤维状纳米结构，为优化活性层微观形貌、提升器件电荷传输性能与整体光伏性能提供了新思路，也为高效有机太阳能电池的制备提供了重要技术支撑。

文献信息

ShearForceField-TailoredFibrillarActiveLayerMorphologyforHigh-EfficiencyOrganicSolarCells

NanWei,JieniChen,BohanShang,QiXie,HaomingSong,WenkaiZhang,HuaweiHu,JiaheZhang,HaoLu,BonanHao,FengLiu,ZhishanBo,YahuiLiu

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202524598