EES最新研究：20.81%的逐层太阳能电池：挥发性异构化添加剂实现给体和受体的平衡分布

第一作者：陈浩楠

通讯作者：邓敏*，彭强*

单位：成都理工大学

聚合物太阳能电池（PSCs）因其轻质、柔性、半透明和大面积印刷等优势而备受关注。随着Y6型非富勒烯小分子受体（NF-SMAs）的发展和器件工程的不断创新，PSCs的功率转换效率（PCE）已超过20%，展现出巨大的商业化应用前景。然而，传统体异质结（BHJ）结构的活性层由于给体和受体材料在沉积过程中不同的结晶行为和热力学性质会导致复杂的三相相互作用，使活性层的垂直相分离不充分，为形貌优化带来挑战。逐层（LBL）顺序沉积技术为调控活性层形貌提供了新思路。然而，由于聚合物给体的高分子量特性，氯仿溶液在室温下难以有效溶胀聚合物给体层，导致顶部氯仿溶液无法有效渗透到聚合物给体层中，从而引发聚合物给体和受体的过度聚集和不平衡分布，延长电荷传输路径并加剧电荷复合。因此，如何调控聚合物给体的溶胀并促进给体与受体之间的有效相互扩散，形成具有平衡分布的垂直相分离形貌，成为实现高性能LBL PSCs的关键。

针对上述问题，成都理工大学彭强教授、邓敏研究员团队设计开发了两种挥发性异构化添加剂2-溴-5-碘-1,3-二甲基苯（2-BrIDB）和5-溴-2-碘-1,3-二甲基苯（5-BrIDB），用于精细调控D18给体与L8-BO受体之间的相互扩散，实现给体/受体的平衡分布和优化的垂直相分离形貌。这两种添加剂虽然具有相同的分子量（310.96 g mol⁻¹），但由于溴、碘原子的位置异构，在室温下分别呈现液态和固态，这一特性差异对其功能发挥产生了重要影响。研究发现，这两种异构化添加剂均能显著增强L8-BO的分子有序堆积特性。值得注意的是，液态添加剂2-BrIDB可部分溶解D18薄膜，延长成膜时间，促进D18更完全的溶胀，从而实现与L8-BO的紧密相互扩散。与5-BrIDB相比，2-BrIDB在优化D18和L8-BO的平衡分布方面表现出更显著的优势，形成了高度有序的互穿双连续网络结构，具有优异的载流子动力学，最终获得了20.81%的优异PCE。

Balanced Distribution of Donor and Acceptor Enabled by Volatile Isomerization Additives for 20.81% Efficiency Layer-by-Layer Polymer Solar Cells.

彭强教授简介：四川大学博士生导师，高分子材料工程国家重点实验室固定研究人员。长期从事光电能源材料与器件的研究工作，主要涉及有机高分子太阳能电池、电致发光材料与器件，碳基纳米能源材料与器件等。先后获得英国皇家化学会会士（2020），国家杰出青年基金（2018），教育部新世纪优秀人才支持计划（2009），四川省学术和技术带头人（2014），四川省杰出青年基金（2013）,江西省新世纪百千万人才工程（2009），江西省五四青年奖章（2009）。2022-2023年度科睿唯安全球高被引科学家，英国皇家化学学会2018-2023年度Top 1%中国高被引学者。担任Small Structure顾问编委（Editorial Advisory Board），Current Applied Materials编委（Section Editor），Chin. Chem. Lett.和Molecules编委，中国能源学会专家委员会综合专家组副主任，中国化工学会化工材料专业委员会专家委员，中国感光学会光电材料与器件分会专家委员。先后主持或参与国家重点研发计划、国家自然科学基金（集成项目、重点、面上、青年基金）、科技部国际合作项目、教育部新世纪优秀人才支持计划项目等30多项国家和省部级科研课题。近年来在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Energy Environ. Sci.,Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS nano, Nano Energy等国内外期刊上发表学术论文220余篇。撰写学术专著章节3章，授权中国发明专利16项。2002年获香港求是基金会研究生奖、2004年获新加坡千禧基金会（SMF）博士后奖、2009年获江西省高等学校科技成果二等奖(排名第1)，2010年获江西省自然科学奖二等奖（排名第1），2021年获四川省自然科学奖一等奖（排名第1）。

邓敏副教授简介：副教授，2022年毕业于四川大学化学工程学院有机化学专业，同年入选成都理工大学“珠峰引才计划”B类人才项目，就职于成都理工大学材料与化学化工学院，主要从事有机光伏材料与器件的研究工作。近年来已在Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Chem. Eng. J., ACS Appl. Mater. Interfaces等国际期刊发表多篇SCI论文，其中第一作者十余篇。