南開陳永勝AFM：二元OSCs效率創(chuàng)紀錄20.2%！平衡端基/中心單元Packing強度

主要內容

南開大學陳永勝教授、闞斌教授和姚朝陽教授帶領團隊，針對有機太陽能電池（OSCs）中光動力過程對分子間堆積方式的強依賴性，開展了基于分子工程策略的系統(tǒng)性研究。

研究團隊以二維擴展型小分子受體（SMA）平臺為基礎，通過協(xié)同調控端基（IC/NC-2F）與中心單元的堆積面積與強度，設計合成了一種新型不對稱受體CHFN。

該分子展現(xiàn)出三重結構優(yōu)勢：

（1）相較于含雙小尺寸IC端基的對稱結構CH6F，引入大尺寸NC-2F端基使CHFN的共軛骨架更延展且剛性，吸收光譜紅移達35 nm；

（2）雙端基（IC+NC-2F）的協(xié)同作用優(yōu)化了堆積強度平衡，使結晶度從CH6F的62%提升至78%；

（3）纖維狀網(wǎng)絡形貌的優(yōu)化（纖維直徑從15±3 nm降至10±2 nm）顯著促進了激子解離（效率達98%）與電荷傳輸（遷移率提升2.3倍）。

基于此分子設計，PM6:CHFN基二元OSCs器件實現(xiàn)20.23%的認證效率（第三方測試），其開路電壓（Voc=0.91 V）、短路電流密度（JSC=26.8 mA/cm2）及填充因子（FF=82.1%）較對照器件（PM6:CH6F: 18.74%; PM6:CH17: 19.00%）均獲顯著提升，創(chuàng)下二元不對稱受體OSCs效率世界紀錄。

值得注意的是，該器件在1.0 cm2活性面積下仍保持18.09%的效率（認證值），展現(xiàn)出優(yōu)異的規(guī)?；瘧脻摿?。研究團隊通過原位GIWAXS與TRPL聯(lián)合表征，揭示了端基/中心單元堆積平衡對薄膜形貌與電荷動力學的調控機制，為高性能SMA體系的分子設計提供了"堆積面積-強度-性能"三參數(shù)協(xié)同優(yōu)化的新范式。

文獻信息

Balancing Packing Strength of End/Central Units Enables Binary Organic Solar Cells to Achieve 20.2% Efficiency

Peiran Wang, Xiangjian Cao, Wenkai Zhao, Yu Zhang, Zheng Xu, Zhe Zhang, Guanghui Li, Guankui Long, Xiangjian Wan, Chenxi Li, Zhaoyang Yao, Bin Kan, Yongsheng Chen

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202518113

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