南開陳永勝AEM：聚合物輔助形貌調控使ASM - OSCs效率達18.3%

主要內容

全小分子有機太陽能電池（ASM - OSCs）在結構設計與合成方面優勢顯著。然而，受給體 - 受體混溶性影響，其形貌控制面臨諸多挑戰。南開大學陳永勝教授、闞斌研究員帶領團隊針對這一難題展開深入研究，提出了一種簡單高效的形貌調控策略：在BTR - Cl:Y6二元體系中引入少量聚合物給體PM6。

PM6的鏈狀結構能夠引導BTR - Cl相外延生長，促使給體疇內形成連續的纖維狀網絡?；诖瞬呗裕词褂锰砑觿┣也捎绵彾妆郊庸さ钠骷宫F出優異的電荷動力學特性，短路電流密度和填充因子顯著提升，實現了18.3%的最高光電轉換效率（PCE）。這一效率在非鹵代溶劑加工的小分子給體 - 小分子受體占主導的有機太陽能電池中處于領先水平。

不僅如此，在BTR - Cl:Y6體系中引入PM1，同樣實現了18.0%的PCE。這些器件還具有出色的厚度不敏感性，當活性層厚度達300納米時，仍能保持峰值效率的96%。借助非鹵代溶劑的優勢，團隊成功制備出面積為13.5平方厘米的大面積有機太陽能電池，其PCE達到12.2%。柔性器件的PCE為14.9%，且在800次彎曲循環后，仍能保持初始PCE的92%，這主要歸功于PM6的長鏈結構增強了活性層的抗開裂應變。

從實驗結果來看，該形貌調控策略成效顯著。將少量聚合物PM6引入小分子給體 - 小分子受體占主導的有機太陽能電池（OSCs）中，有效解決了因小分子給體和受體高混溶性導致理想相分離難以實現的問題。這種調控優化了活性層形貌，通過促進面朝上取向和連續纖維網絡的形成，大幅提高了激子解離和電荷傳輸效率，使得基于BTR - Cl:PM6:Y6的器件效率高達18.3%。同時，BTR - Cl:PM6:Y6體系還表現出優異的厚度不敏感性，具備大面積制備的潛力。得益于PM6的長鏈結構，柔性三元器件實現了18.9%的高PCE，且在800次彎曲循環后仍能保持92%的初始效率。此外，將聚合物PM1引入BTR - Cl:Y6體系實現18.0%的PCE，進一步驗證了該策略的有效性。

盡管PM6/PM1聚合物在提升小分子給體 - 小分子受體占主導的活性層器件多方面性能上優勢突出，但其批次間差異仍是一個亟待解決的重大挑戰。低聚物兼具小分子的結構**性和批次可重復性，以及聚合物的優異成膜能力和形貌穩定性，是小分子給體 - 小分子受體占主導的OSCs形貌控制的理想候選材料。設計此類低聚物材料，有望解決聚合物批次間差異問題，進一步提升小分子給體 - 小分子受體占主導的OSCs的整體性能，實現更高效穩定器件的制備。因此，設計兼具聚合物形貌調控優勢和小分子高純度、易結晶特性的低聚物材料，將是該領域未來研究的關鍵方向。

文獻信息

Polymer-Assisted Morphology Regulation Enables 18.3%–Efficiency in o-Xylene Processed All-Small-Molecule Organic Solar Cells

Jia Wang, Wenying Zhou, Wenkai Zhao, Baofa Lan, Jiaying Wang, Wanying Feng, Miaomiao Li, Adiljan Wupur, Weifei Fu, Guankui Long, Bin Kan, Yongsheng Chen

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202504576

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