北京
香港中文大学路新慧团队的研究表明，全聚合物太阳能电池（all‑PSCs）兼具非富勒烯受体体系的结构可设计性与聚合物活性层优异的机械、热稳定性，具备突出的应用前景。然而，双分子复合效应是制约高性能全聚合物太阳能电池效率提升的核心瓶颈，会导致器件填充因子（FF）显著低于传统聚合物‑小分子太阳能电池，限制了器件光电性能的进一步突破。针对该问题，该团队首次将菲（Ph）作为挥发性固体添加剂应用于全聚合物太阳能电池体系，提出了基于挥发动力学调控的形貌优化新策略。
电容谱测试结果证明，全聚合物太阳能电池的电荷复合过程以双分子复合占主导。引入菲后，器件朗之万衰减系数（γ）近乎减半，有效抑制了双分子复合损耗，显著提升了器件填充因子。研究团队结合多尺度形貌表征、原位光学光谱测试与全原子分子动力学模拟开展系统探究，对比了不同萘类添加剂的退火行为差异：1‑氯萘（1‑CN）易在退火后残留于薄膜内部，2‑甲基萘（2‑MN）在退火过程中挥发过快，二者均难以实现理想的活性层形貌调控。相比之下，菲具有适中的挥发动力学特性与较弱的自聚集能力，可实现给体选择性结晶，在提升给体结晶度的同时，为受体畴区的演化生长提供充足的弛豫时间与空间，促使受体形成分形维数更高的连续分形网络，有效降低过剩的给体‑受体界面面积，从形貌根源上缓解电荷双分子复合问题。
基于PBQx‑TCl:PY‑IT体系的测试结果充分证实了该调控策略的有效性与普适性。经菲优化后的二元、三元全聚合物太阳能电池光电转换效率分别达到18.74%和19.35%。该研究系统阐明了添加剂分子结构、挥发动力学、薄膜多尺度形貌与电荷复合路径之间的内在构效关系，建立了挥发性固体添加剂的理性筛选原则，明确了分子相互作用、自聚集倾向与挥发动力学三者的平衡调控关键。该工作为抑制全聚合物太阳能电池的双分子复合提供了普适性调控策略，搭建了多尺度形貌精准调控的研究框架，为进一步突破全聚合物太阳能电池效率限制、推动其高性能发展提供了重要的理论依据与技术参考。
文献信息
EvaporationKineticsEngineeringSuppressedBimolecularRecombinationinAll-PolymerSolarCells
DinglongFeng,LeMei,ChaoLi,YuangFu,HengLiu,LuhangXu,PokFungChan,ZhixiangYang,YimingWang,Chun-JenSu,U-SerJeng,PatrickWai-KeungFong,LijianZuo,GangLi,HeYan,JiayingWu,Xian-KaiChen,XinhuiLu
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.77114
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