大力發(fā)展綠色可再生能源已成為全球能源轉(zhuǎn)型和應(yīng)對氣候變化的核心戰(zhàn)略。其中，有機(jī)太陽能電池（OSCs）因其輕量化、柔性化以及可溶液加工的優(yōu)勢，備受關(guān)注。然而要讓這項(xiàng)技術(shù)真正走向?qū)嵱茫嵘芰哭D(zhuǎn)換效率（PCE）和穩(wěn)定性仍是關(guān)鍵挑戰(zhàn)。除了開發(fā)高性能的光伏材料，如何精準(zhǔn)控制材料的微觀結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化活性層薄膜形貌，也成為OSCs研究的核心。 多晶態(tài)結(jié)構(gòu)已被證明有利于改善有機(jī)光電材料的光電性能，高溫退火或高沸點(diǎn)添加劑工藝常被用于誘導(dǎo)多晶態(tài)的形成。但是此類多晶態(tài)結(jié)構(gòu)中的分子往往無序排列，對OSCs效率的提升有限。此外，這些工藝的能耗成本和復(fù)雜性，也制約了器件制備的可擴(kuò)展性和可重復(fù)性。
最近，蘇州大學(xué)賓海軍副教授和李永舫院士團(tuán)隊(duì)和福州大學(xué)馬梟博士合作，使用4-溴氯苯作為可揮發(fā)性固體添加劑，在溫和的60 ℃退火條件下，成功誘導(dǎo)有機(jī)光伏小分子受體BTP-eC9形成高度有序的多晶態(tài)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不僅讓受體材料的堆積更規(guī)則，還進(jìn)一步促進(jìn)了給體材料PM6的有序排列，使得整個(gè)活性層形成了雙連續(xù)互穿網(wǎng)絡(luò)的形貌結(jié)構(gòu)，從而提升了電荷傳輸效率，并有效減少了能量損失。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種有序的多晶態(tài)結(jié)構(gòu)帶來了諸多優(yōu)勢。首先，它增強(qiáng)了光學(xué)各向異性，提高了光的吸收效率，使更多入射光得以被利用。其次，規(guī)則的分子排列促進(jìn)了電荷的高效擴(kuò)散和傳輸，同時(shí)減少了非輻射復(fù)合損失，從而提升了電池性能。此外，多晶態(tài)結(jié)構(gòu)還能保持薄膜形貌的穩(wěn)定性，使器件在長時(shí)間運(yùn)行下依然具備優(yōu)異的可靠性。 進(jìn)一步的光學(xué)模擬分析顯示，多晶態(tài)薄膜能夠更有效地利用光能，而器件的主要光學(xué)損失則來自于電極材料的吸收和本征反射。因此，研究團(tuán)隊(duì)還引入了抗反射層，以進(jìn)一步提升光的利用效率。最終，在PM6:BTP-eC9二元體系中，他們實(shí)現(xiàn)了高達(dá)20.32%的PCE，這一成果為發(fā)展高效穩(wěn)定的OSCs提供了全新的可行方案，同時(shí)也揭示了多晶態(tài)結(jié)構(gòu)在高效光伏器件中的重要價(jià)值。 論文信息 Highly Ordered Polymorphism of Small Molecule Acceptor Delivering Efficient and Stable Binary Organic Solar Cells Panpan Zhang, Ni Gao, Bo Du, Zhigang Xu, Shangrong Wu, Keteng Zhu, Xiao Ma, Haijun Bin, Yongfang Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202424430
