北京
逐层（LbL）制备工艺虽可精准调控有机太阳能电池（OSCs）的纵向相分离形貌，但给体底层形貌优化及受体高效渗透，始终是制约该类器件性能突破的核心难题。针对这一痛点，四川大学彭强、吴义辉、徐小鹏团队开发了一种简洁高效的固态添加剂调控策略，通过在 D18/L8-BO 逐层有机太阳能电池的给体层中引入 BQ 与 BBQ 两种新型功能添加剂，有效调控聚合物分子堆积方式与活性层微观形貌。
两种添加剂均具有 D-A-D 型 2,5 - 二 (噻吩 - 2 - 基) 吡嗪共轭骨架，但分子结构与调控性能差异显著。其中，BQ 分子的氨基甲酸酯侧链可与吡嗪母核形成稳定的分子内氢键，将分子主链锁定为平面准五环构型，使其具备优异的平面共轭结构与较强的分子间作用力；而溴代修饰的 BBQ 分子存在骨架扭曲缺陷，难以实现理想的形貌调控效果。对比实验表明，平面构型的 BQ 可显著提升 D18 聚合物薄膜的结晶度，诱导分子形成优异的面朝上择优取向，大幅提升分子堆积有序性。
形貌优化后的 D18 给体可构筑规整的纤维网络骨架，为上层 L8-BO 受体的沉积与渗透提供良好结构支撑，最终形成兼具大激子解离界面与连续电荷传输通道的准本体异质结双连续互穿网络结构，实现高效激子解离与均衡电荷输运。多项光物理测试结果证明，BQ 优化器件具备更快的空穴转移动力学特性，电荷复合损耗显著降低，有效改善了逐层器件电荷传输效率低、复合损耗严重的短板。
基于微观形貌与光电特性的协同优化，该团队制备的 D18:BQ/L8-BO 最优器件实现了 20.29%的优异光电转换效率（PCE），显著优于空白参比器件（19.03%）与 BBQ 改性器件（19.58%）。开路电压（Voc）、短路电流密度（JSC）与填充因子（FF）三项关键参数的同步提升，充分证明给体层形貌优化是提升逐层制备有机太阳能电池综合性能的核心关键。
该研究不仅验证了氢键型固态添加剂在精细调控活性层微观结构、优化相分离状态方面的显著优势，还明确了添加剂分子结构与器件光电性能之间的构效关系，为高性能逐层结构有机光伏器件的形貌设计与性能优化提供了重要的理论支撑与技术参考。
Hydrogen-Bond-Mediated Solid Additives Enabling Enhanced Bi-Continuous Interpenetrating Network for 20.29% Efficiency Layer-by-Layer Organic Solar Cells
Zhentao Hu, Xingjian Dai, Weilin Zhou, Yutao Lu, Jiahao Zhang, Chentong Liao, Xiaopeng Xu, Yihui Wu, Qiang Peng
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.73977
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