李永舫、侯剑辉、闵杰、陈义旺、黄辉、彭强、叶龙等有机光伏大牛10月成果速递

AM：热塑性弹性体调整相结构，提高有机太阳能电池拉伸性能

天津大学叶龙等人通过将PM6:N3二元共混物与商用热塑性弹性体SEBS进行物理混合，成功地提升了共混膜的拉伸性能并降低了其刚度，同时保证了相应有机太阳能电池的高效率。该工作首次创新性地提出引入新型热塑性弹性体的策略，为多功能有机电子系统提供更优异的特性。相关研究以“Thermoplastic Elastomer Tunes Phase Structure and Promotes Stretchability of High-Efficiency Organic Solar Cells” 为题目，发表在AM上。DOI: 10.1002/adma.202106732

图1 有机太阳能电池性能

AM：用于高性能有机太阳能电池的通用非卤化聚合物给体

中科院化学所侯剑辉与安存彬等人设计了一种基于1,3,4-噻二唑单元非卤化聚合物PB2。PB2与各种非富勒烯受体均表现出良好的兼容性，实现了比基于经典聚合物（PBDB-T 和 PBDB-TF）的器件更好的能量转化效率。该工作通过合理设计新型非卤化聚合物给体为进一步开发低成本给体材料和拓宽有机太阳能电池的应用提供了新的见解。相关研究以“A Universal Non-halogenated Polymer Donor for High-performance Organic Photovoltaic Cells” 为题目，发表在AM上。DOI: 10.1002/adma.202105803

图2 新型非卤化聚合物给体分子设计与合成

AM：基于喹喔啉的D-A共聚物在聚合物/钙钛矿太阳能电池的应用

中科院化学所李永舫与郑州大学孙晨凯等人总结和讨论了喹喔啉基D-A共聚物给体的最新进展，包括喹喔啉单元的合成方法、主链调制、侧链优化和喹喔啉基D-A共聚物的功能取代。重点关注了喹喔啉基D-A共聚物的分子设计策略和结构-性能关系，旨在为开发高性能喹喔啉基D-A共聚物作为聚合物太阳能电池中的给体提供指导。本文同时介绍了喹喔啉基D-A共聚物在钙钛矿太阳能电池方面的应用。相关研究以“Quinoxaline-Based D–A Copolymers for the Applications as Polymer Donor and Hole Transport Material in Polymer/Perovskite Solar Cells” 为题目，发表在AM上。DOI: 10.1002/adma.202104161

图3 喹喔啉基D-A共聚物的应用

AEM：不同基板温度下有机太阳能电池的活性层形态及器件性能演变

武汉大学闵杰、美国北卡罗来纳州立大学Harald Ade和Peng Zhengxing等人采用连续叶片涂层沉积技术系统地研究了基板温度对基于PM6:Y6器件光伏性能的影响。通过多尺度形态表征技术对不同基板温度下的活性层微观结构变化进行了深入研究，发现PM6:Y6体系的三种顺序沉积处理的活性层具有不同的特征：随着温度的升高，活性层的形貌经历了从伪体异质结到伪平面异质结再到伪平面双层的演变，说明了基板温度与器件性能之间的非单调相关性。该工作表明通过调整基板温度来优化器件性能是一种简单可行的策略。相关研究以“Baseplate Temperature-Dependent Vertical Composition Gradient in Pseudo-Bilayer Films for Printing Non-Fullerene Organic Solar Cells”为题目，发表在AEM上。DOI: 10.1002/aenm.202102135

图4 不同温度下的形貌与性能演变

AEM：非卤化碳氢溶剂制备18%高效率有机太阳能电池

香港城市大学任广禹（Alex K.-Y. Jen）和韩国国立蔚山科学技术院Changduk Yang等人通过选择合适的给体受体材料和微调溶剂组成，在非卤化溶剂中实现了适当的溶解度和预聚集。这导致具有高度有序和适当相分离的活性层，实现了18%的有机太阳能电池效率，这是非卤化溶剂制备的器件报告的最高值。相关研究以“Enabling High Efficiency of Hydrocarbon-Solvent Processed Organic Solar Cells through Balanced Charge Generation and Non-Radiative Loss”为题目，发表在AEM上。DOI: 10.1002/aenm.202101768

图5 太阳能电池活性层分子及其性能

AFM：全绿色溶剂处理平面异质结有机太阳能电池实现16%效率

南昌大学陈义旺和江西师范大学廖勋凡等人采用顺序旋涂和正交溶剂策略相结合的方法制备了平面异质结器件，该策略减少上下层之间溶剂侵蚀造成的材料损失，并改善了垂直相分布，全过程都使用的绿色溶剂，最终实现16%的高效率，是目前平面异质结器件的最高效率。相关研究以“All-Green Solvent-Processed Planar Heterojunction Organic Solar Cells with Outstanding Power Conversion Efficiency of 16%”为题目，发表在AFM上。DOI: 10.1002/adfm.202107567

图6 器件及分子结构与性能

AFM：非卤化溶剂制备高性能有机太阳能电池

浙江大学李昌治等人采用非卤化溶剂热旋涂策略对共混物形态进行有效控制，非卤化溶剂的热旋涂使得共混物形态和表面成分分布达到最佳状态，实现了18.25%的有机太阳能电池高效率。这是迄今为止报道的由非卤化溶剂制备的有机太阳能电池的最高效率之一。该工作为制备环保型有机太阳能电池和后续的大规模产业化提供了新的指导。相关研究以“High-Performance Organic Solar Cells from Non-Halogenated Solvents”为题目，发表在AFM上。DOI: 10.1002/adfm.202107827

图7 工艺流程及分子与器件结构

AFM：18.74%效率的交互型体异质结有机太阳能电池

四川大学彭强和新南威尔士大学戴黎明等人报道了一种新型灵活的溶液处理方法，可以获得一种新型理想的交互型体异质结结构。具有在激子扩散长度范围内孔间距的交互型体异质结结构可以提供一个良好的活性层界面，用于有效的激子解离和最小化电荷复合，同时自由电子和空穴可以通过更直接的路径传输到各自的电极结构，从而显著提高器件性能。该工作为大规模生产高效率有机太阳能电池提供了一种可行的策略。相关研究以“Polymer Solar Cells with 18.74% Efficiency: From Bulk Heterojunction to Interdigitated Bulk Heterojunction”为题目，发表在AFM上。DOI: 10.1002/adfm.202108797

图8 器件与分子结构及加工工艺

AFM：端基工程实现具有非稠环π共轭核的受体分子的高效光伏性能

中国科学院大学黄辉等人采用廉价且容易获得的2,3-二溴噻吩作为原始材料，通过不同的端基修饰，系统地调节了分子的光捕获能力、能级和堆积行为。设计并合成了一系列新型具有非稠环π共轭核的受体材料，实现了高达13.76%的有机太阳能电池效率。该工作为探索简单结构的具有新型非稠环π共轭核的受体分子提供了重要策略。相关研究以“Simple Nonfused-Ring Electron Acceptors with Noncovalently Conformational Locks for Low-Cost and High-Performance Organic Solar Cells Enabled by End-Group Engineering”为题目，发表在AFM上。DOI: 10.1002/adfm.202108861

图9 分子结构和设计策略

AFM：端基π–π堆积作用对非富勒烯受体分子取向的调控

化学所易院平和韩广超等人通过原子分子动力学模拟，系统地研究了一系列非富勒烯小分子受体薄膜溶液在加工过程中的分子自组装和取向形成过程。研究结果表明，通过协同优化A–D–A型非富勒烯小分子受体的端基和侧链，可以增强π–π堆积。这些结果深入了解了优先水平取向和面上取向的形成机制，这将有助于提高有机太阳能电池的光吸收能力、激子扩散率和电子传输特性，同时也为有效控制高性能有机太阳能电池的分子取向提供了重要依据。相关研究以“Regulation of Molecular Orientations of A–D–A Nonfullerene Acceptors for Organic Photovoltaics: The Role of End-Group π–π Stacking”为题目，发表在AFM上。DOI: 10.1002/adfm.202108551

图10 不同结构的A–D–A型非富勒烯小分子受体

Acc. Mater. Res.：杂原子取代对有机太阳能电池给体材料光伏性能的影响

苏州大学李永舫和崔超华等人发表综述，关注给体材料分子主链上的杂原子取代来提高其光伏性能的主题，旨在为最先进的光伏给体设计提供对分子结构优化的深入理解材料。重点介绍了应用于有机光伏材料共轭分子骨架的卤素（氟和氯）原子取代策略，并简要讨论了光伏材料在有机太阳能电池的性能优化和实际应用面临的挑战。相关研究以“Effects of Heteroatom Substitution on the Photovoltaic Performance of Donor Materials in Organic Solar Cells”为题目，发表在Acc. Mater. Res.上。DOI: 10.1021/accountsmr.1c00119

图11 不同杂原子取代活性层材料

本文由景行供稿。

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