【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，北京理工大學化學與化工學院安橋石團隊在《Science Bulletin》上發(fā)表題為“Synergistic effect of two complementary acceptors assists high-efficiency as-cast organic solar cells”的研究論文。北京理工大學為唯一通訊單位，安橋石特別研究員為為本論文唯一通訊作者。
 

　　得益于新型非富勒烯受體與聚合物給體材料的設(shè)計與開發(fā)，單結(jié)有機光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率已突破20%，初步滿足其商業(yè)化生產(chǎn)的效率需求。然而，高效率器件普遍依賴于復雜的前/后處理工藝(如熱溶液、熱基底、熱退火、溶劑熏蒸等)，這些復雜的優(yōu)化工藝難以兼容卷對卷印刷、狹縫涂布等低成本大面積制備技術(shù)，導致生產(chǎn)成本攀升與器件批次穩(wěn)定性下降。其次，多步工藝疊加將加劇活性層結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的復雜性，阻礙材料體系的迭代優(yōu)化。因此，開發(fā)活性層無需任何處理工藝的鑄態(tài)器件成為該領(lǐng)域突破產(chǎn)業(yè)化瓶頸的關(guān)鍵方向。
 

　　基于此，該工作通過選用化學結(jié)構(gòu)相似的兩種小分子受體Y6和Y6-1O，與聚合物給體D18匹配制備鑄態(tài)有機光伏電池。兼容性良好的兩種小分子受體具有互補的帶隙和能級，因此通過調(diào)控Y6和Y6-1O的摻雜比例，有助于優(yōu)化三元器件的短路電流密度與開路電壓的平衡。成膜動力學、活性層形貌和理論計算研究結(jié)果表明，Y6-1O具有更強的聚集性，且其與給體D18的結(jié)合能高于Y6與D18的值，這使得D18:Y6-1O二元體系具有更快的成膜過程。有趣的是，通過調(diào)控三元體系中Y6-1O的含量能夠調(diào)節(jié)活性層成膜時間，可以有效地控制D18分子的聚集。最終構(gòu)筑出有利于激子解離、電荷傳輸與收集的理想活性層形貌，從而顯著降低了三元器件的能量損失并提升了填充因子。得益于這兩種受體分子的協(xié)同作用，最終制備出效率為19.51%的三元鑄態(tài)器件。
 

　　該研究系統(tǒng)闡釋了分子間相互作用、成膜動力學、活性層形貌與器件性能之間的構(gòu)效關(guān)系，為高效鑄態(tài)有機光伏電池的開發(fā)提供了理論指導。
 

　　該成果得到了國家自然科學基金，北京市自然科學基金，北京理工大學科技創(chuàng)新計劃等項目的資助以及北京理工大學分析測試中心的支持。