汇总：有机太阳能电池研究新进展
有机太阳能电池以地球上最丰富的碳基材料为基本原料,凭借质轻、柔性及易于大面积印刷制造等优点成为新一代光伏技术的重要发展方向。国家能源局曾指出有机太阳能电池是绿色能源未来的新选择，经过多年研究，目前的有机太阳能电池得到新一轮的发展。本专题在众多优秀的研究成果中挑选几篇有代表性的成果，让我们一起来了解有机太阳能电池研究的新进展。
1. 青岛能源所Mater.：通过调节多维分子间相互作用实现有机太阳能电池效率超过19%
中科院青岛生物能源与过程研究所包西昌研究员、李永海副研究员团队研究了光电转换与活性层中多维分子间相互作用之间的复杂关系。这些相互作用受到受体侧链异构化和端基工程的双重调控。在该项工作中，首先，通过侧链异构化显著地改变了从烷基苯基到苯基烷基的相互作用，其中大体积苯基的朝向远离π主链时，就可以调整π–π堆叠距离，并调节与相邻分子的相互作用位点。然后，通过改变端基来巧妙地调控分子间的交互作用。通过单晶测量和理论分析，苯基烷基特征受体（LA -系列）相对于烷基苯基附着异构体（ITIC-系列）表现出更强的结晶度，具有显著增强的“面对面”相互作用，这主要得益于更近的分子间距离和苯基末端对相邻分子的额外贡献。此外，与强相互作用的PM6/ITIC系列受体相比，PM6和LA系列受体表现出中等的供体/受体(D/A)相互作用，这有助于增强相分离和电荷传输。因此，所有LA系列受体的输出效率都在14%以上。此外，LA系列受体与BTP-eC9表现出适当的相容性、主/客体相互作用以及结晶度关系，从而形成均匀且组织良好的“合金样”混合相。其中，高晶化LA23进一步优化了多重相互作用和三元微观结构，效率高达19.12%。这些结果强调了多维分子间相互作用在OSCs光伏性能中的重要性。相关成果以“Over 19% Efficiency Organic Solar Cells by Regulating Multidimensional Intermolecular Interactions”为题发表在国际著名期刊Advanced Materials上。
原文链接：【专访】青岛能源所Adv. Mater.：通过调节多维分子间相互作用实现有机太阳能电池效率超过19%
2. AM：原位吸收表征槽模涂层高性能大面积柔性有机太阳能电池
国家纳米科学中心魏志祥研究员、吕琨研究员、张建齐副研究员团队发现两种受体Qx-1和Qx-2在槽模涂覆过程中表现出截然不同的成膜动力学，报告研究了聚集能力对槽模涂层相分离动力学的影响，并进一步阐明了它们对大面积柔性器件性能的影响。研究人员使用基于PM6:Qx-1和PM6:Qx-2的有机太阳能电池器件，并以邻二甲苯作为溶剂，进行了原位紫外-可见吸收测量，以了解共混物在槽模涂覆过程中的成膜动力学。
相关研究工作以“In-situ Absorption Characterization Guided Slot-Die-Coated High-Performance Large-area Flexible Organic Solar Cells and Modules”为题发表在国际顶级期刊Advanced Materials上。
原文链接：AM：原位吸收表征槽模涂层高性能大面积柔性有机太阳能电池
3. AEＭ：非稠环受体实现超过15.6%效率的有机太阳能电池
南方滚球体育 大学Aung Ko Ko Kyaw教授和徐保民教授团队通过将两种组内设计的NFREAs“BTIC4F”和“C6C4-4Cl”与给体聚合物PM6混合，报道了高效的三元OSCs，产生了令人印象深刻的15.62%功率转换效率。这项工作提供了一种通过增加合金相受体相中激子的扩散长度和合理选择HTL诱导垂直相分离来提高NFREA基OSCs的性能的有效策略。
相关研究工作以“Non-Fused Ring Acceptors Achieving over 15.6% Efficiency Organic Solar Cell by Long Exciton Diffusion Length of Alloy-Like Phase and Vertical Phase Separation Induced by Hole Transport Layer”为题发表在国际顶级期刊Advanced Energy Materials上。
原文链接：AEＭ：非稠环受体实现超过15.6%效率的有机太阳能电池
4. Adv. Energy Mater.：通过光谱分辨加速老化分析揭示有机太阳能电池的光降解途径
埃尔朗根-纽伦堡大学Thomas Heumüller教授提出了一种有机太阳能电池（OSC）稳定性测试方法，旨在为OSC退化模式的原因提供更独特的见解。该方法涉及使用高辐射剂量的单色光来加速老化的降解机制，同时通过一系列原位稳态和瞬态电测量来监测设备。实验结果伴随着漂移扩散模拟，以定位降解路径。对PM6:Y6基OSC进行了测试，实验揭示了导致PM6:Y6层内陷阱态密度增加的降解机制。瞬态模拟表明，这些态是在PM6:Y6和电子传输层之间的界面处或周围形成的。此外，还证明了照明波长对降解模式的惊人主导影响。相关成果以“Revealing Photodegradation Pathways of Organic Solar Cells by Spectrally Resolved Accelerated Lifetime Analysis”发表在Advanced Energy Materials上。
原文链接：Adv. Energy Mater.：通过光谱分辨加速老化分析揭示有机太阳能电池的光降解途径
5. 武汉理工王涛教授AM：高达19%！非富勒烯受体纤维化提升有机太阳能电池效率
武汉理工大学王涛教授课题证明了在稠环添加剂分子1-氟萘（FN）的帮助下小分子NFA L8-BO实现纤维化，从而大幅提高器件的电荷传输性能和光电转换效率。分子动力学模拟表明，FN作为分子桥附着在L8-BO的骨架上，增强分子间堆积，诱导L8-BO一维自组装成具有紧密多晶结构的细纤维。L8-BO纤维被整合到以D18为供体的赝本体异质结（P-BHJ）活性层中，显示出增强的光吸收、电荷传输和收集性能，导致D18/L8-BO二元P-BHJ 器件的PCE从16.0%提高到前所未有的19.0%，填充因子（FF）高达80%。这项工作展示了一种纤维化电子受体提高器件性能的策略。研究成果以题为“Fibrillization of Non-Fullerene Acceptors Enables 19% Efficiency Pseudo-Bulk Heterojunction Organic Solar Cells”发表在知名期刊Adv. Mater.上。
原文链接：武汉理工王涛教授AM：高达19%！非富勒烯受体纤维化提升有机太阳能电池效率
6.侯剑辉&郑众Adv. Mater.：ZnO层的新制备方法助力高效稳定有机太阳能电池
中科院化学所侯剑辉研究员和北京滚球体育 大学郑众教授等人报道了一种简单、有效、经济的方法，用硼酸(BA)去除溶胶-凝胶ZnO CIL中残留的胺而不损伤ZnO。BA被用作胺清洗剂，因为其具有合适的酸离解常数(pKa)以避免ZnO分解。X射线光电子能谱(XPS)结果表明，由于BA的冲洗，残留的胺可以被有效地去除。ZnO的功函数(Φ)可以从3.86 eV改变到3.79 eV，导致基于PBDB-TF:HDO-4Cl:BTP-eC9的OSCs的Voc增加10 meV。此外，清洗后的ZnO CIL在电子提取能力方面表现出明显的改善，例如BA处理的ZnO中的电子提取可以在44.29 ns内完成(比原始ZnO快33.64%)。另一方面，ZnO CIL的电荷收集能力增强，ZnO CIL的功函数有利于实现更高的Voc。ZnO CIL的改进性质将PBDB-TF:HDO-4Cl:BTP-eC9 OSC的FF从75.07%提高到78.13%，并且将PBDB-TF: BTP-eC9 OSC的FF从73.97%提高到77.28%。基于上述结果，优化的单结OSCs的稳定性和功率转换效率(PCE)同时提高。活性面积为0.04和1.00 cm2的电池分别表现出18.40%和17.42%的PCEs。此外，基于BA处理的ZnO CIL的串联OSCs表现出19.56%的PCE，证明了所提出方法的有效性。
相关研究文章以“New Method for Preparing ZnO Layer for Efficient and Stable Organic Solar Cells”为题发表在Adv. Mater.上。
原文链接：侯剑辉&郑众Adv. Mater.：ZnO层的新制备方法助力高效稳定有机太阳能电池
7. 华南理工黄飞李宁Nature Energy：兼具高效率高寿命有机太阳能电池设计
华南理工大学黄飞教授和李宁教授等人（共同通讯作者）利用Y6类似物（OY）和2,2′-双噻吩单体构建了一系列齐聚物受体（POY），研究了分子尺寸和包装性能对光伏性能的影响。作者通过改变分子链的长度，改变了热性能、结晶行为和分子堆积，获得了最佳的微观结构和更稳定的形貌。对于基于齐聚物受体的二元OSCs，具有超过超过25000小时的推算寿命，相当于可以在广州使用超过16年。这项工作强调了低聚策略在调节分子堆积行为和共混形态方面的重要性，促进了稳定和有效的OSCs非富勒烯受体的发展。
相关研究成果以“Organic solar cells using oligomer acceptors for improved stability and efficiency”为题发表在Nature Energy上。
8. 山大高珂教授团队Joule：创造全小分子有机太阳能电池效率新纪录
山东大学物质创制与能量转换科学研究中心高珂教授、李玉良院士、华南师范大学先进光电子研究院辇理教授等人联合报道了一种高效的ASM OSC。研究人员通过结合LbL沉积和固体添加剂甲氧基取代石墨炔（GOMe）处理来合理控制顺序形态演变和垂直成分分布，最终获得了一种高效的ASM OSCs。与BHJ共混物相比，LbL处理的共混物具有底部给体富集、顶部受体富集的最佳垂直分层。此外，结果表明，将固体添加剂GOMe添加到给体层略微增强了分子堆积并增加了表面粗糙度，从而为随后的受体沉积提供了合适的基质，这显著促进了受体扩散从而形成优选的垂直分布。另一个方面，GOMe处理的受体层显示出更紧密的分子堆积。通过这种方法，合理控制的共混物形态同时具有紧凑的分子堆积、足够的D/A界面和垂直传输通道，从而实现了增强的激子解离和电荷传输。最终，基于ZnP-TSEH:4TIC:6TIC的器件获得了77.31%的FF，以及17.18%的突破效率（验证效率：17.08%），显著高于对照器件。
相关研究成果以“Rational control of sequential morphology evolution and vertical distribution toward 17.18% efficiency all-small-molecule organic solar cells”为题发表在国际顶级期刊Joule上。
文章评论(0)