团队Adv. Mater:新型低聚物降低能量损耗，助力高性能三元有机太阳能电池

      有机太阳能电池（OSCs）凭借其重量轻、柔韧性好、半透明、成本低等显著优点，引起了人们的广泛关注和研究兴趣。目前，基于聚合物有机太阳能电池（PSCs）的单结器件实现了超18%的光电转换效率（PCE）。然而，与硅基和钙钛矿太阳能电池相比，更大的能量损失是制约OSCs性能进一步提高的关键问题。为了解决这个问题，常采用的策略是开发低能量损失的二元体系，或者是将较深HOMO能级的给体或较浅LUMO能级的受体作为第三组分引入到二元主体系中，用以调节活性层的能级，并构建低能量损耗的三元体系。

      另一方面，OSCs的有限吸收范围和形态优化对OSCs来说也是一个挑战。多元尤其是三元策略已成为解决上述问题的有效途径。通过合理选择第三组分，构建由一个给体和两个受体（D:A1:A2）或两个给体和一个受体（D1:D2:A）组成的高效三元OSCs器件，形成互补吸收、能级匹配、共混相容，可以有效优化关键光伏参数如开路电压（VOC）、短路电流密度（JSC）和填充因子（FF）。然而，由于多组分相互作用，三元共混膜的形貌变得更加复杂。PM6:Y系列是报道最多的二元体系，但目前很少有研究使用低聚物给体来优化基于PM6:Y系列的二元OSCs器件。

2.文献简介

      有鉴于此，近日，常州大学朱卫国教授团队、香港理工大学李刚教授团队展开合作，在前期合成的名为5BDTBDD的低聚物基础上，进一步设计并合成了一种名为5BDDBDT的A-D-A-D-A型低聚物，其中含有BDT和BDD单元。研究人员构建了基于PM6:5BDTBDD:BTP-BO4Cl和PM6:5BDDBDT:BTP-BO4Cl共混物的三元OSCs器件，其中 5BDTBDD 和5BDDBDT 分别用作PM6:BTP-BO4Cl二元共混物中的第三组分。当采用绿色溶剂邻二甲苯处理时，前者器件的VOC为0.843 V，JSC为26.83 mA cm-2，FF为77.43%，PCE高达17.54%；而后者器件光伏性能相当，VOC为0.839 V，JSC为26.68 mA cm-2，FF为77.42%，PCE为17.32%。

      进一步研究结果显示，5BDTBDD或5BDDBDT与受体之间具有较大静电势，从而可以促进激子离解。在优化的三元OSCs器件中，精细调整的活性层形态和改进的载流子迁移率有助于获得更好的FF。更重要的是，尽管低聚物5BDTBDD和5BDDBDT的HOMO能级高于PM6的HOMO能级，但三元器件的VOC得到了显著的改善，这主要归因于能量损耗的降低，尤其是非辐射复合。另一方面，即使加入50%的5BDTBDD，三元器件中也可获得16.15%的PCE，这表明三元共混物对第三组分比例的高耐受性。

      综上，该工作提供了一种新型有效的策略，通过使用低聚物作为第三组分为制备高效OSCs器件提供了重要指导。相关研究成果现已发表在国际顶级材料期刊《Advanced Materials》上，题“Novel Oligomer Enables Green Solvent Processed 17.5% Ternary Organic Solar Cells: Synergistic Energy Loss Reduction and Morphology Fine-tuning”。材料学院博士研究生夏浩为第一作者，常州大学朱卫国教授、香港理工大学李刚教授为通讯作者。