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中科院青島生物能源與過程研究所包西昌研究員、李永海副研究員團(tuán)隊(duì)研究了光電轉(zhuǎn)換與活性層中多維分子間相互作用之間的復(fù)雜關(guān)系。這些相互作用受到受體側(cè)鏈異構(gòu)化和端基工程的雙重調(diào)控。在該項(xiàng)工作中，首先，通過側(cè)鏈異構(gòu)化顯著地改變了從烷基苯基到苯基烷基的相互作用，其中大體積苯基的朝向遠(yuǎn)離π主鏈時(shí)，就可以調(diào)整π–π堆疊距離，并調(diào)節(jié)與相鄰分子的相互作用位點(diǎn)。然后，通過改變端基來巧妙地調(diào)控分子間的交互作用。通過單晶測量和理論分析，苯基烷基特征受體（LA -系列）相對于烷基苯基附著異構(gòu)體（ITIC-系列）表現(xiàn)出更強(qiáng)的結(jié)晶度，具有顯著增強(qiáng)的“面對面”相互作用，這主要得益于更近的分子間距離和苯基末端對相鄰分子的額外貢獻(xiàn)。此外，與強(qiáng)相互作用的PM6/ITIC系列受體相比，PM6和LA系列受體表現(xiàn)出中等的供體/受體(D/A)相互作用，這有助于增強(qiáng)相分離和電荷傳輸。因此，所有LA系列受體的輸出效率都在14%以上。此外，LA系列受體與BTP-eC9表現(xiàn)出適當(dāng)?shù)南嗳菪?、?客體相互作用以及結(jié)晶度關(guān)系，從而形成均勻且組織良好的“合金樣”混合相。其中，高晶化LA23進(jìn)一步優(yōu)化了多重相互作用和三元微觀結(jié)構(gòu)，效率高達(dá)19.12%。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了多維分子間相互作用在OSCs光伏性能中的重要性。相關(guān)成果以“Over 19% Efficiency Organic Solar Cells by Regulating Multidimensional Intermolecular Interactions”為題發(fā)表在國際著名期刊Advanced Materials上。
國家納米科學(xué)中心魏志祥研究員、呂琨研究員、張建齊副研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)兩種受體Qx-1和Qx-2在槽模涂覆過程中表現(xiàn)出截然不同的成膜動(dòng)力學(xué)，報(bào)告研究了聚集能力對槽模涂層相分離動(dòng)力學(xué)的影響，并進(jìn)一步闡明了它們對大面積柔性器件性能的影響。研究人員使用基于PM6:Qx-1和PM6:Qx-2的有機(jī)太陽能電池器件，并以鄰二甲苯作為溶劑，進(jìn)行了原位紫外-可見吸收測量，以了解共混物在槽模涂覆過程中的成膜動(dòng)力學(xué)。
相關(guān)研究工作以“In-situ Absorption Characterization Guided Slot-Die-Coated High-Performance Large-area Flexible Organic Solar Cells and Modules”為題發(fā)表在國際頂級期刊Advanced Materials上。
南方科技大學(xué)Aung Ko Ko Kyaw教授和徐保民教授團(tuán)隊(duì)通過將兩種組內(nèi)設(shè)計(jì)的NFREAs“BTIC4F”和“C6C4-4Cl”與給體聚合物PM6混合，報(bào)道了高效的三元OSCs，產(chǎn)生了令人印象深刻的15.62%功率轉(zhuǎn)換效率。這項(xiàng)工作提供了一種通過增加合金相受體相中激子的擴(kuò)散長度和合理選擇HTL誘導(dǎo)垂直相分離來提高NFREA基OSCs的性能的有效策略。
相關(guān)研究工作以“Non-Fused Ring Acceptors Achieving over 15.6% Efficiency Organic Solar Cell by Long Exciton Diffusion Length of Alloy-Like Phase and Vertical Phase Separation Induced by Hole Transport Layer”為題發(fā)表在國際頂級期刊Advanced Energy Materials上。
埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)Thomas Heumüller教授提出了一種有機(jī)太陽能電池（OSC）穩(wěn)定性測試方法，旨在為OSC退化模式的原因提供更獨(dú)特的見解。該方法涉及使用高輻射劑量的單色光來加速老化的降解機(jī)制，同時(shí)通過一系列原位穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)電測量來監(jiān)測設(shè)備。實(shí)驗(yàn)結(jié)果伴隨著漂移擴(kuò)散模擬，以定位降解路徑。對PM6:Y6基OSC進(jìn)行了測試，實(shí)驗(yàn)揭示了導(dǎo)致PM6:Y6層內(nèi)陷阱態(tài)密度增加的降解機(jī)制。瞬態(tài)模擬表明，這些態(tài)是在PM6:Y6和電子傳輸層之間的界面處或周圍形成的。此外，還證明了照明波長對降解模式的驚人主導(dǎo)影響。相關(guān)成果以“Revealing Photodegradation Pathways of Organic Solar Cells by Spectrally Resolved Accelerated Lifetime Analysis”發(fā)表在Advanced Energy Materials上。
武漢理工大學(xué)王濤教授課題證明了在稠環(huán)添加劑分子1-氟萘（FN）的幫助下小分子NFA L8-BO實(shí)現(xiàn)纖維化，從而大幅提高器件的電荷傳輸性能和光電轉(zhuǎn)換效率。分子動(dòng)力學(xué)模擬表明，F(xiàn)N作為分子橋附著在L8-BO的骨架上，增強(qiáng)分子間堆積，誘導(dǎo)L8-BO一維自組裝成具有緊密多晶結(jié)構(gòu)的細(xì)纖維。L8-BO纖維被整合到以D18為供體的贗本體異質(zhì)結(jié)（P-BHJ）活性層中，顯示出增強(qiáng)的光吸收、電荷傳輸和收集性能，導(dǎo)致D18/L8-BO二元P-BHJ 器件的PCE從16.0%提高到前所未有的19.0%，填充因子（FF）高達(dá)80%。這項(xiàng)工作展示了一種纖維化電子受體提高器件性能的策略。研究成果以題為“Fibrillization of Non-Fullerene Acceptors Enables 19% Efficiency Pseudo-Bulk Heterojunction Organic Solar Cells”發(fā)表在知名期刊Adv. Mater.上。
中科院化學(xué)所侯劍輝研究員和北京科技大學(xué)鄭眾教授等人報(bào)道了一種簡單、有效、經(jīng)濟(jì)的方法，用硼酸(BA)去除溶膠-凝膠ZnO CIL中殘留的胺而不損傷ZnO。BA被用作胺清洗劑，因?yàn)槠渚哂泻线m的酸離解常數(shù)(pKa)以避免ZnO分解。X射線光電子能譜(XPS)結(jié)果表明，由于BA的沖洗，殘留的胺可以被有效地去除。ZnO的功函數(shù)(Φ)可以從3.86 eV改變到3.79 eV，導(dǎo)致基于PBDB-TF:HDO-4Cl:BTP-eC9的OSCs的Voc增加10 meV。此外，清洗后的ZnO CIL在電子提取能力方面表現(xiàn)出明顯的改善，例如BA處理的ZnO中的電子提取可以在44.29 ns內(nèi)完成(比原始ZnO快33.64%)。另一方面，ZnO CIL的電荷收集能力增強(qiáng)，ZnO CIL的功函數(shù)有利于實(shí)現(xiàn)更高的Voc。ZnO CIL的改進(jìn)性質(zhì)將PBDB-TF:HDO-4Cl:BTP-eC9 OSC的FF從75.07%提高到78.13%，并且將PBDB-TF: BTP-eC9 OSC的FF從73.97%提高到77.28%?；谏鲜鼋Y(jié)果，優(yōu)化的單結(jié)OSCs的穩(wěn)定性和功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)同時(shí)提高?；钚悦娣e為0.04和1.00 cm2的電池分別表現(xiàn)出18.40%和17.42%的PCEs。此外，基于BA處理的ZnO CIL的串聯(lián)OSCs表現(xiàn)出19.56%的PCE，證明了所提出方法的有效性。
相關(guān)研究文章以“New Method for Preparing ZnO Layer for Efficient and Stable Organic Solar Cells”為題發(fā)表在Adv. Mater.上。
華南理工大學(xué)黃飛教授和李寧教授等人（共同通訊作者）利用Y6類似物（OY）和2,2′-雙噻吩單體構(gòu)建了一系列齊聚物受體（POY），研究了分子尺寸和包裝性能對光伏性能的影響。作者通過改變分子鏈的長度，改變了熱性能、結(jié)晶行為和分子堆積，獲得了最佳的微觀結(jié)構(gòu)和更穩(wěn)定的形貌。對于基于齊聚物受體的二元OSCs，具有超過超過25000小時(shí)的推算壽命，相當(dāng)于可以在廣州使用超過16年。這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了低聚策略在調(diào)節(jié)分子堆積行為和共混形態(tài)方面的重要性，促進(jìn)了穩(wěn)定和有效的OSCs非富勒烯受體的發(fā)展。
相關(guān)研究成果以“Organic solar cells using oligomer acceptors for improved stability and efficiency”為題發(fā)表在Nature Energy上。
山東大學(xué)物質(zhì)創(chuàng)制與能量轉(zhuǎn)換科學(xué)研究中心高珂教授、李玉良院士、華南師范大學(xué)先進(jìn)光電子研究院輦理教授等人聯(lián)合報(bào)道了一種高效的ASM OSC。研究人員通過結(jié)合LbL沉積和固體添加劑甲氧基取代石墨炔（GOMe）處理來合理控制順序形態(tài)演變和垂直成分分布，最終獲得了一種高效的ASM OSCs。與BHJ共混物相比，LbL處理的共混物具有底部給體富集、頂部受體富集的最佳垂直分層。此外，結(jié)果表明，將固體添加劑GOMe添加到給體層略微增強(qiáng)了分子堆積并增加了表面粗糙度，從而為隨后的受體沉積提供了合適的基質(zhì)，這顯著促進(jìn)了受體擴(kuò)散從而形成優(yōu)選的垂直分布。另一個(gè)方面，GOMe處理的受體層顯示出更緊密的分子堆積。通過這種方法，合理控制的共混物形態(tài)同時(shí)具有緊湊的分子堆積、足夠的D/A界面和垂直傳輸通道，從而實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)的激子解離和電荷傳輸。最終，基于ZnP-TSEH:4TIC:6TIC的器件獲得了77.31%的FF，以及17.18%的突破效率（驗(yàn)證效率：17.08%），顯著高于對照器件。
相關(guān)研究成果以“Rational control of sequential morphology evolution and vertical distribution toward 17.18% efficiency all-small-molecule organic solar cells”為題發(fā)表在國際頂級期刊Joule上。
