北京
精确调控结晶动力学与多尺度形貌演化，是制备高性能有机太阳能电池的关键。中国科学院化学研究所李永舫、陕西师范大学王晓晨、李建锋、南方科技大学刘斌等人发展了一种位阻型分子合金化策略，将少量位阻受体L8-Ph作为第三组分引入D18:L8-BO二元体系，构筑均一合金相，精准调控受体结晶行为，实现多尺度形貌的综合优化。得益于L8-Ph与L8-BO良好的结构相容性，薄膜成膜过程中会形成类合金受体相，诱导产生协同且相互约束的共结晶作用。原位动力学测试表明，L8-Ph能够提高成核势垒，同时充当成核位点与位阻调节剂，体系呈现“早启动、慢生长”的结晶特征：晶体生长窗口可延长约35%，结晶第二阶段时长由二元体系的0.17s延长至三元共混体系的0.23s，为分子可控重排提供更长时间。
这种温和可控的结晶过程既抑制分子无序团聚，又保留充足的分子有序性，构筑出结构精细的纤维网络，纤维内部结晶有序性显著提升。掠入射广角X射线散射（GIWAXS）结果证实，该三元共混膜兼具高结晶度、干净的衍射背底与优异的双向结晶相干性，面外、面内晶体相干长度均优于二元对照体系；同时薄膜光捕获能力得到增强，沿膜厚方向吸收分布更为均匀，给受体纵向相分离更均衡，靠近顶电极处给受体组分比例趋近理想配比。
结晶动力学、微晶结构、光吸收特性与纵向相结构的协同优化，有效降低双分子复合与陷阱辅助复合损失，实现载流子迁移率匹配。最终D18:L8-BO:L8-Ph三元器件光电转换效率达到20.73%，短路电流密度与填充因子同步提升、开路电压维持稳定，填充因子高达82.95%，明显优于效率为19.77%的二元对照器件。该工作建立了位阻型受体合金化的普适设计思路，为利用非平衡态成膜动力学调控形貌、推动三元有机光伏器件性能突破提供了可靠方案。
文献信息StericallyEngineeredMolecularAlloyingforKineticRegulationofAcceptorCrystallizationAchieves20.73%EfficiencyinTernaryOrganicSolarCells
XiulanMa,JianfengLi,JiayuLi,HongliXu,ZichengDing,ShengzhongFrankLiu,GuanghaoLu,BinLiu,XugangGuo,XiaochenWang,YongfangLi
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.79175
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