薄志山教授课题组AEM：调控高沸点溶剂非富勒烯受体生长制备高效稳定有机太阳能电池

第一作者：马雪晴

通讯作者：刘玉强*，刘亚辉*，薄志山*

单位：北京师范大学，青岛大学，四川大学，西安交通大学，东华大学

高沸点溶剂因其具有较长的加工窗口而被认为是制备大面积有机太阳能电池(OSCs)的良好溶剂。 然而，高沸点溶剂挥发慢会导致活性层形貌难以控制，制备得到的OSCs光电转换效率（PCE）仍不理想。为了更好地控制活性层形貌，研究人员已经提出了多种方案，例如热退火、共溶剂和添加剂等策略，但要解决高沸点溶剂加工OSCs效率较差的问题还需进一步研究。

近日， 青岛大学刘玉强教授、刘亚辉教授、北京师范大学薄志山教授 等提出了一种在高沸点溶剂中调控活性层形貌的快速成膜工艺（RMP）。相关研究成果现已发表在国际顶级能源期刊 《Advanced Energy Materials》 上，题为 “Modulating the Growth of Nonfullerene Acceptors Toward Efficient and Stable Organic Solar Cells Processed by High-Boiling-Point Solvents”。

图1. 传统制备方法（reference）与RMP制备过程中的分子成核生长情况示意图。

研究发现，由于高沸点溶剂挥发缓慢，非富勒烯受体L8-BO会在过长的溶液加工周期中先行成少量晶核，并在晶核周围生长出大的针状晶体，这使得给受体相分离过大，导致较差的共混膜形貌和严重的电荷复合。同时这种晶体的堆积是松散且无序的，这也不利于激子的扩散和解离，从而导致高沸点溶剂加工的OSCs效率较低。

要点二：提出了一种利用高沸点溶剂制备高效有机太阳能电池的快速成膜工艺

RMP可以分为两步：①将溶液在ITO上旋涂铺开（约5 s）；②利用高温退火使高沸点溶剂快速挥发完全。在通过研究发现，RMP可以调节L8-BO分子的堆叠和取向行为，显著抑制其过度聚集，提高结晶度，形成更加均匀的共混膜，这有利于激子快速解离，同时减小复合损失。基于RMP制备得到的电池效率从15.91%提高到18.32%。

要点三：探究OSCs的稳定性

此外，基于RMP方法制备的OSCs具有良好的热稳定性和封装放置稳定性。在65℃连续加热2000小时后，RMP制备的器件保持初始效率的83%；在85℃连续加热500h后，RMP器件仍能保持初始效率的90%。同时在空气中封装放置2000h后，器件性能可保持初始效率的85%。

薄志山 教授 简介 ：北京师范大学化学学院教授，2014年被聘为教育部长江学者特聘教授，教育部能量转换与存储材料长江学者创新团队带头人，能量转换与存储材料北京市重点实验室主任。主要从事有关聚合物光电功能膜材料方向的研究，在 J. Am. Chem. Soc、Angew. Chem.、Macromolecules、Adv. Mater. 等杂志上发表论文300多篇，被引用4000余次。

Modulating the Growth of Nonfullerene Acceptors Toward Efficient and Stable Organic Solar Cells Processed by High-Boiling-Point Solvents

投稿请联系contact@scimaterials.cn