团队Nano Energy：可调谐无卤溶剂工程对高性能有机太阳能电池的聚集和混溶性研究

近年来，有机太阳电池（OSCs）因其具有质量轻、成本低、可溶液加工等优点，在物联网、建筑一体化等应用领域受到广泛关注。随着新型Y系列非富勒烯受体（Y6，BTP-ec9，L8-BO等）的出现，单结电池器件的光电转换效率（PCE）已超过19％，串联电池器件的认证PCE也已超过20%，有机太阳电池步入了实用化研究阶段。目前，有机太阳能电池活性层主要通过将两种能级匹配且能形成合适相分离结构的共轭分子（给体，受体）进行共混，形成本体异质结。由于给受体材料之间的相容性差异，异质结相分离会同时出现在水平和垂直方向维度，导致形貌调控非常具有挑战性。我校材料科学与工程学院宋欣副教授和朱卫国教授针对这一重大科学问题，联合攻关，在有机太阳能电池形貌调控策略方面取得了一系列重要原创性研究成果。

1. 目前大多数高性能有机太阳能电池是使用毒性较大的卤化有机溶剂制成，如氯仿、氯苯和1,2-二氯苯等，对人类健康和自然环境都有不同程度的破坏作用，利用非卤化溶剂取代卤化溶剂制备有机太阳能电池是我国“双碳”战略的必然选择，但相应器件的光伏转换效率仍差强人意。常州大学宋欣副教授和朱卫国教授首次报道了绿色共混溶剂策略，实现了有机太阳能电池内部活性层给受体相容性及聚集态结构的调控。选择邻二甲苯(o-XY)与二硫化碳(CS2)为共混溶剂，利用两种溶剂不同的沸点和对受体溶解性的差异，通过比例调控，实现了有机活性层内部互穿网络状微纳形貌的精细调控（图1a，1b所示），器件最高效率达到17.5%（图1c所示），是目前基于非卤素溶剂加工的有机太阳能电池最高效率之一，对有机太阳能电池的产业化应用具有明显的推动作用。

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图1. 基于拉曼光谱成像技术获得的纯o-XY溶剂（a）与o-XY:CS2 混合溶剂（b）处理的有机活性层给受体相分离尺度图（红色：给体，蓝色：受体）

此项工作发表于国际顶级能源类期刊《Nano Energy》（影响因子为17.9）。论文题目为“Investigation of Tunable Halogen-Free Solvent Engineering on Aggregation and Miscibility towards High-Performance Organic Solar Cells”。常州大学宋欣副教授为第一作者，朱卫国教授为通讯作者。