化学所侯剑辉&姚惠峰团队EES：通过固体添加剂抑制高效有机太阳能电池的能量紊乱

1前言回顾

近年来，由给体和受体组成的体异质结有机太阳能电池（OSCs）取得了重大进展，并在实际应用中显示出巨大潜力。二元或多个活性层的纳米级形貌在决定能量分布方面发挥着至关重要的作用，这进一步影响了激子的扩散、电荷的产生与传输，以及重组机制，这反过来又决定了OSCs的功率转换效率（PCE）。

为了获得具有合适结构域大小和分子取向的理想形貌，研究人员选择将溶剂添加剂如1,8-二碘辛烷（DIO）和1-氯萘掺入活性层之中，用以调节给体和受体的沉淀动力学，从而增强共混膜中的相分离。然而，由于溶剂添加剂通常具有高沸点，它们的残留物会引起边缘态的能量无序，并导致额外的复合能量损失。一些结果还表明，含卤素添加剂在连续照射下的劣化会导致活性层的劣化，损害器件的稳定性。此外，体积灵敏度可能导致过度聚集，从而导致批次间的重现性问题，这对OSCs的工业化提出了挑战。

2文献简介

采用固体添加剂策略可以获得所需的形貌，并且可以有效避免溶剂添加剂的缺点。理想的固体添加剂应具有高挥发性，以确保在成膜过程中去除。此外，应有效调节添加剂和主体材料之间的分子间相互作用，同时调节有序的分子堆积模式。有鉴于此，近日，中科院化学研究所侯剑辉研究员、姚惠峰项目研究员团队开发了一种新型形态调节方法，使用高挥发性1,3,5-三甲氧基苯（TMB）作为固体添加剂来限制能量无序。给电子的甲氧基给TMB的中心带来了显著的负分子静电势（ESP），通过直接调控π-π堆积促进了TMB和NFAs端基之间的面对面堆积。通过原位吸收光谱，研究人员首次揭示了掺入固体添加剂的活性层完整形貌演变机制，并详细研究了其挥发机理。

研究发现，TMB可以诱导NFAs聚集成更大的微晶，然后前者在旋涂过程中挥发，后者形成一种π-π堆积距离扩大的松散型堆积模式。在这种新的形貌下，可以获得显著减少的能量无序，以抑制非辐射复合损失并增强激子解离。因此，在TMB处理的PBDB-TF:eC9二元OSCs中实现了18.61%的PCE，显著高于DIO处理的器件。TMB的通用性也在基于PBDB-TF:eC9:HDO-4Cl的三元OSCs中得到了验证，获得了19.30%的高PCE。

3文献总结

综上，该工作中报道的策略和机制为形貌优化提供了新的见解，并可以启发新的方法来提高OSCs的性能。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Energy & Environmental Science》上，题为“Surface Crystallinity Enhancement in Organic Solar Cells Induced by Spinodal Demixing of Acceptors and Additives”。

本文关键词：有机太阳能电池，固体添加剂，形貌优化，相分离。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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