团队Adv. Mater:利用工艺助剂固体精确调控Y系列受体的聚集态结构及有机太阳能电池应用

      有机太阳能电池（OSCs）具有重量轻、加工灵活、低毒性等优点，是最有前景的绿色能源技术之一。近年来，随着新型Y系列非富勒烯受体（NFAs）（如Y6、Y6-BO、L8-BO等）的横空出世，单结器件的光电转换效率（PCE）现已超过19%，而最近基于串联电池器件的认证PCE超过20%。由于激子分裂、电荷产生、传输和提取高度依赖于块状异质结（BHJ）光活性层的微观结构形态和介观聚集态，因此人们提出了多种形态调控策略，用以提高结晶度和调节相分离行为，从而提高光伏特性。这其中，溶剂添加剂工程是微调活性层纳米形貌、提高器件性能的一种有效的方法。然而，由于低挥发特性，这种策略恶化了器件的重现性和长期运行稳定性。此外，三元混合物（将第三组分引入原始二元体系）是调控BHJ形态的另一种可行策略。分子聚集和相分离行为可以在三元共混物中重新组装，从而进一步改善光伏性能。

      将具有π骨架的挥发性固体引入光活性层是一种新兴的形貌控制方法，可以突破上述瓶颈。目前，绝大多数研究对芳香族固体的探索主要集中在对称型分子上。然而，由于对称型固体的各向同性分子堆积和弱偶极相互作用，其横向相分离和垂直方向组分分布的协同优化非常复杂，这将导致激子分裂或电荷提取效率，甚至是光伏性能的牺牲。因此，探索具有不同构象的新型挥发性固体，从而协同调控相分离和组分分布，最终提高器件性能，是非常有必要的。

2.文献简介

      不对称几何结构现已广泛应用于有机和钙钛矿光电领域（如发光二极管、太阳能电池等），因为它可以提供显著的偶极子效应和三维空间结构。有鉴于此，近日，常州大学朱卫国教授、宋欣副教授研究团队提出一种新型工艺助剂固体（PAS）工程，即采用不对称的挥发性1,3-二溴-5-氯苯（DBCl）固体作为工艺助剂，来构建高性能OSCs。PAS工程的主要优势在于不对称DBCl固体与Y系列小分子受体中与BTP核偶联后，偶极矩增大，并且偶极方向单一，层间非共价相互作用明显。因此，这种精细的分子构象调控可以明显改变介观分子堆积排列，优化微观结构和共混物相分离，还可以借助DBCl的高挥发性形成梯度给体/受体分布。

      研究结果显示，采用上述策略处理的器件显示出改善的激子分裂速率、延长的载流子寿命和增强的载流子提取。这些系统性的改进抑制了电荷载流子复合，使得基于PM6:Y6的器件PCE高达17.2%，对照器件效率仅为14.5%。而在基于PM6:L8-BO器件中，当活性层厚度为90 nm时，最终获得了高达18.5%的PCE（第三方组织认证结果：18.32%），以及80.2%的高填充因子（FF）。更重要的是，当光活性层厚度增加到300 nm时，仍能获得17.0%的PCE和74.1%的FF，是迄今为止厚膜OSCs的最高效率。

3.文献总结

综上，该工作的结果表明，PAS工程可以精确控制OSCs的聚集结构和相分离，在有机电子领域显示出广阔的应用前景。相关研究成果最新发表于国际顶级材料期刊《Advanced Materials》上，题为“Process-aid solid engineering triggers delicately modulation of Y-series non-fullerene acceptor for efficient organic solar cells”。