北京
山东大学张茂杰、国霞及中国科学院化学研究所李永舫等人研究表明，调控薄膜成膜过程中的形貌演化，是制备高效率有机太阳能电池的核心环节。然而，复杂的分子间相互作用往往会阻碍溶液到固态的可控生长，导致共混膜形成非理想的微观结构。为此，该团队提出一种动力学梯度调控策略，通过构建具有分级挥发性的双级挥发性固体添加剂（VSA）体系，实现可编程的分子自组装与活性层形貌精准构筑。
在这一调控框架中，两种挥发性差异显著的固体添加剂可通过 “接力” 方式精细调控 L8‑BO 的有序聚集：高挥发性的一级 VSA 在成膜早期诱导受体形核并引导分子堆积，低挥发性的二级 VSA 则将添加剂–受体相互作用延续至薄膜干燥后期。研究表明，低挥发性添加剂的本征特性直接决定活性层最终形貌；其中 1,2,4‑三氯苯（TCB）与 4,5‑二氯邻苯二甲腈（DBCl）复配体系表现突出，DBCl 凭借更大的偶极矩及与 L8‑BO 之间强度适宜的卤素键作用，使活性层呈现分子结晶度更高、堆积更紧密、给体–受体相分离尺度更适宜的理想形貌。
通过系统调控二级 VSA 的卤素键结合能力与偶极矩，可精准控制添加剂–受体相互作用的强度与持续时间，进一步优化分子自组装与给体–受体互扩散行为。优化后的薄膜有效延长激子扩散距离、降低缺陷态密度，协同提升短路电流密度与填充因子。基于 D18:L8‑BO 的二元器件实现 20.5% 的光电转换效率，优于单添加剂 TCB 处理组（19.0%），光稳定性提升三倍以上。
该策略兼具良好的规模化潜力与体系普适性，在 1.0 cm² 小面积器件上效率达 18.9%，在 17.14 cm² 大面积组件上实现 17.4% 的效率，并在 D18:L8‑BO:BTP‑eC9 三元体系中获得 20.8% 的优异效率。综上，本研究建立的动力学梯度调控范式可精准调控本体异质结薄膜形貌演化，为兼顾高效率、长期稳定性与规模化制备的高性能有机光伏器件开发提供了可靠路径。
文献信息
GradientRegulationofAcceptorCrystalGrowthforSynergisticallyElongatingExcitonDiffusionLengthandMitigatingTrapDensitytoward20.8%EfficiencyOrganicSolarCells
BoCheng,FengHua,FengboSun,XinxinXia,YumiaoHuo,HaoWang,LixuanKan,ChenyuHan,XiaoyanDu,XiaGuo,FengLiu,YongfangLi,MaojieZhang
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.76118
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