Advanced Science：高效LBL聚合物太阳能电池：多功能固体添加剂独立调控给体/受体，助力能量损失最小化

第一作者：王君英

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）凭借溶液加工、轻质柔性等优势成为研究热点。基于Y6型非富勒烯受体的PSCs已实现近20%的转换效率，但其能量损耗（E_loss）仍显著高于无机电池，降低ΔE₂（电荷生成损耗）和ΔE₃（非辐射复合损耗）是突破效率瓶颈的关键。近年研究表明，逐层沉积工艺结合固体添加剂是降低能量损耗的有效策略。然而，这些固体添加剂通常仅表现出单一调节功能，很少具有双重或甚至多重功能以最大化器件性能。因此，设计多功能固体添加剂，综合影响逐层聚合物太阳能电池中的给体、受体和共混物形态，对降低能量损失、提升有机太阳能电池光电转换效率（PCE）具有重要研究意义。

基于此，成都理工大学彭强教授和邓敏副教授在国际知名期刊Advanced Science上发表题为“Minimizing Energy Loss by Designing Multifunctional Solid Additives to Independent Regulation of Donor and Acceptor Layers for Efficient LBL Polymer Solar Cells”的研究工作。该工作设计合成了两种多功能固体添加剂SA1和SA2。深入研究多功能固体添加剂的协同效应对分子堆积、结晶度和能量损失的影响。在L8-BO层中引入多功能固体添加剂，仅只是优化了形貌，基于D18/L8-BO+SA1和D18/L8-BO+SA2的器件分别获得18.42%和18.58%的PCE。在D18层中引入多功能固体添加剂时，促进π-π堆积更加有序和紧密，基于D18+SA1/L8-BO和D18+SA2/L8-BO的器件分别获得18.82%和19.04%的PCE。当多功能固体添加剂同时加入到D18和L8-BO层中时，表现出显著的协同效应，基于D18+SA2/L8-BO+SA2的器件呈现出更高的PCE为19.95%，最低E_loss为0.532 eV。

图1：(a)多功能固体添加剂、L8-BO和D18的化学结构。(b)多功能固体添加剂的合成路线。(c)活性层形成示意图

图2：(a)含或不含多功能固体添加剂的D18和L8-BO在固态薄膜中的紫外-可见-近红外吸收光谱。(b)D18和L8-BO在添加或不添加多功能固体添加剂的固态薄膜中的归一化紫外-可见-近红外吸收光谱。基于二元共混物的高性能器件的(c,d)J-V曲线和(e,f)EQE曲线。(g)PSCs器件的FTPS-EQE。(h)PSC的EQEEL曲线。(i)PSC的能量损失图。

图3：(a-g)最佳共混膜的飞秒瞬态吸收光谱。(h)在600 nm处探测高性能共混膜的衰减动力学。(i)对共混膜的τ1,h和τ2,h进行了总结和比较。

图4：(a)GIWAXS混合膜图像。(b)相应的平面外线切割（红线）和平面内线切割（黑线）以及从(a)开始。

图5.共混膜的AFM图像和PiFM图像。

Minimizing Energy Loss by Designing Multifunctional Solid Additives to Independent Regulation of Donor and Acceptor Layers for Efficient LBL 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）。