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北航孙艳明&上交大刘峰AM：FF创纪录83%，精准调控受体结晶实现效率超20%的二元器件OSCs

发表时间：2025-04-09 14:48

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主要内容：

对于自发结晶的有机光伏材料而言，给体（Donor）和受体（Acceptor）组分之间结晶度的差异，使得形态（形貌）优化一直是一项具有挑战性的任务。晶体相中的缺陷会引发显著的陷阱辅助复合现象，即电子 - 空穴对被缺陷捕获后发生复合，而这一现象已成为限制有机太阳能电池（OSCs）填充因子（FF）的关键因素。在此背景下，北京航空航天大学化学学院的孙艳明教授与上海交通大学化学化工学院的刘烽教授带领其团队，共同开展了一项创新研究。

他们介绍了一种**调控受体结晶度的方法，即采用一种新型上层受体加工溶剂——三氯乙烯（TCE）。TCE能够协同优化受体分子之间的相互作用，并平衡成膜过程。具体来说，TCE通过与受体分子特定的相互作用，促使受体分子以更有序的方式排列，同时其合适的挥发速率使得在成膜过程中，分子能够有足够的时间进行有序组装，从而增加传输相的比例。这些传输相为电子传输提供了高速通道，减少了电子和空穴在传输过程中被缺陷捕获的机会，进而减少陷阱辅助电荷复合。

得益于这一方法，二元有机太阳能电池的光伏性能取得了显著提升，效率达到了20.05%。更为重要的是，实现了前所未有的83.0%填充因子，这也是目前有机太阳能电池中填充因子的*高值。这种简便而有效的方法为构建高效的电荷传输网络以及制造高效且形貌稳定的有机太阳能电池提供了一种有前景的手段。

在本工作中，孙艳明教授和刘烽教授团队进一步提出了一种适用于逐层（LBL）器件的溶剂处理方法，并详细报道了新型溶剂三氯乙烯（TCE）在受体小分子上层沉积中的应用。TCE能够诱导L8 - BO溶液形成更有序的聚集体，其适当的沸点允许对活性层的相形貌进行精细调控。这种精细调控使得活性层中形成了高效传输相和低效传输相的合理分布，高效传输相比例的增加，并形成了有利于电荷传输的三维拓扑网络。与氯仿（CF）和氯苯（CB）等传统溶剂相比，使用TCE优化的活性层传输网络实现了更低的陷阱密度，确保了更好的激子传输效率，并有助于实现更高的填充因子。*终，二元器件的光伏性能取得了突破，效率达到20.05%，填充因子达到前所未有的83.0%。

此外，由于活性层形貌得到了优化且分子排列紧密，该器件还保持了良好的光稳定性和热稳定性。这一策略突破了传统溶剂体系的局限性，并为高效活性层形貌的优化提供了新的见解。孙艳明教授和刘烽教授团队的这项研究成果，为有机太阳能电池领域的发展注入了新的活力，有望推动该领域向更高效率、更稳定性能的方向迈进。