贵州大学吕梦岚/谢远鹏&北航孙艳明最新AM：有机太阳能电池填充因子FF接近84%

活性层纳米形貌是决定有机太阳能电池性能的关键因素。固体添加剂策略因其可精细调控活性层微观结构，能同步提升器件效率与稳定性，成为当前形貌调控最有效的手段。近日，贵州大学化学与化工学院吕梦岚/谢远鹏团队联合北航孙艳明教授通过固体添加剂异构策略，将有机太阳能电池的填充因子提升到接近84%。受团队之前的综述ACS Energy Lett. 2026, 11, 1, 202-226启发，论文以1,2,4-三氯苯为原型，通过改变碘原子的取代位置，得到了三个同分异构体 (4TCB，2TCB，1TCB)。研究发现碘元素的位置异构能够调节固体添加剂偶极矩的大小和方向，进一步影响与活性层的相互作用。其中，1TCB与给受体的相容性和分子间相互作用达到最优，可以促进给体D18和受体L8-BO的发生J-聚集红移，拓宽活性层的吸收光谱；其次，1TCB优化了共混膜的结晶动力学，促进给体和受体形成更粗的纤维，诱导形成双连续互穿网络形貌。最终，基于1TCB的二元有机太阳能电池取得了20.94%的光电转换效率（第三方认证效率为20.42%）和高达83.93%的填充因子，该填充因子是目前有机太阳能电池中的最高纪录。此外，该固体添加剂具有很好的普适性，在三元体系中取得了超过21%的效率。

相关成果以“Achieving a Record Fill Factor of Approaching 84% and 21% Efficiency in Binary Organic Solar Cells via Solid Additive Engineering”为题发表在国际著名期刊Advanced Materials上。论文的第一作者是贵州大学材料学院硕士生杨夏夏，通讯作者是贵州大学化学与化工学院谢远鹏特聘教授、吕梦岚教授以及北京航空航天大学孙艳明教授。

图1. (a) 固体添加剂 4TCB、2TCB 和 1TCB 的化学结构及静电势分布。(b) 三种固体添加剂与 D18 的BTP 或 BDT 单元之间的结合能。(c) 三种固体添加剂与 L8-BO 的核心单元或端基之间的结合能。

图2.(a) D18 薄膜的紫外-可见-近红外吸收光谱。(b) L8-BO 薄膜的紫外-可见-近红外吸收光谱。(c) 共混薄膜的紫外-可见-近红外吸收光谱。(d)器件的 J-V 曲线。(e) 外量子效率光谱。(f) 文献报道的高性能有机太阳能电池的光电转换效率与填充因子关系图。(g) 载流子迁移率统计图。(h) 连续光照稳定性图。(i) 存储稳定性图。

图3. (a) 薄膜的飞秒瞬态吸收光谱二维彩色图。(b) 指定延迟时间下的飞秒瞬态吸收光谱线切割图。(c)共混薄膜的飞秒瞬态吸收光谱拟合曲线（548 nm 处动力学）。

图4. (a) 原子力显微镜相位图。(b) 光诱导力显微镜图（1455 cm-¹）。(c) 透射电子显微镜图。(d) 二维掠入射广角X射线散射图。(e)相应的面外和面内方向的一维线切割曲线。

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https://doi.org/10.1002/adma.202519230

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