浙大陈红征&左立见：固体添加剂辅助逐步沉积法提升有机太阳能电池效率

有机太阳能电池活性层中给受体的相分离程度是光电转换效率的重要影响因素之一。本文提出固体添加剂辅助逐步沉积法，通过选择具有不同内聚能的脂肪酸调整与其给体的相容性，从而在给体中预先形成合适的相分离结构，进而调控了逐步沉积法光敏层形貌，实现了高效二元有机太阳能电池。最终，基于PM6:Y6和PM6:L8-BO的器件分别实现了超过18%和19%的光电转换效率。

Solid Additive-Assisted Layer-by-Layer Processing for 19% Efficiency Binary Organic Solar Cells

Guanyu Ding, Tianyi Chen, Mengting Wang, Xinxin Xia, Chengliang He, Xiangjun Zheng, Yaokai Li, Di Zhou, Xinhui Lu, Lijian Zuo*, Zhikang Xu and Hongzheng Chen*

Nano-Micro Letters (2023)15: 92

https://doi.org/10.1007/s40820-023-01057-x

1. 提出了一种 固体添加剂辅助逐步沉积工艺 ，促进给体和受体之间的相互扩散，优化高性能有机太阳能电池准平面异质结的形貌。

2. 脂肪酸和聚合物给体之间的 相分离 是形成所需的垂直相分离形貌的关键，这可以简便地通过结合能来调节。

不同活性层旋涂方法如图1所示。图1a为器件结构；图1b展示了三种旋涂方法，分别是混合沉积法(BC)，逐步沉积法(LBL)和固体添加剂辅助的逐步沉积法(SAA-LBL)。混合沉积法是将给受体共混后直接旋涂成膜，逐步沉积法是将给体受体分开分别进行旋涂，固体添加剂辅助的逐步沉积法是将给体和固体添加剂的混合溶液和受体分别进行旋涂。图1c为给体PM6，受体Y6和三种脂肪酸固体添加剂FA-C9，FA-C12和FA-C16的化学结构。

图3. a BC型、LBL型和SAA-LBL型共混膜中CN-的TOF-SIMS离子产率随溅射时间的变化规律；b-d BC型，LBL型和SAA-LBL型形貌示意图。

IV 脂肪酸与聚合物给体相容性

图4. a PM6、FA-C9、FA-C12和FA-C16的表面张力；b PM6和脂肪酸之间的 χ (D-Add)。

V   不同添加剂比例对相分离程度的影响

图5. a PM6纯膜的AFM高度图像；b 含有5% FA-C12的PM6膜的AFM高度图；c 含有10% FA-C12的PM6膜的AFM高度图；d 含有15% FA-C12的PM6膜的AFM高度图；e PM6膜的AFM相图；f 含5% FA-C12的PM6膜的AFM相图；g 含10% FA-C12的PM6膜的AFM相图；h 含15% FA-C12的PM6膜的AFM相图；i-l 不同FA-C12配比PM6膜AFM信号线轮廓图。

V I 添加剂FA-C12对于分子堆积的影响

图6. a PM6纯膜，b PM6/ FA-C12薄膜, c LBL型薄膜，d BC型薄膜，e SAA-LBL型薄膜，f Y6纯膜的二维GIWAXS图像；相应的g PM6 (w/o FA-C12)和Y6薄膜以及h BC型、LBL型和SAA-LBL型PM6:Y6薄膜的一维图。

V II 不同形貌薄膜中的电荷转移，荧光猝灭和激子寿命

通过瞬态吸收的测试表征三种不同工艺的薄膜的电荷转移特性，结果如图7a-g所示，SAA-LBL型薄膜相比LBL型和BC型具有更高效的电荷转移，证明了合适的相分离能够促进电荷转移。并且通过进一步荧光发射光谱(PL)表明三种薄膜都具有足够的界面进行电荷的充分转移，如图7h所示。瞬态荧光光谱(TRPL)测得结果如图7i所示，由于三种薄膜的给受体都相同，因此激子寿命相似，说明电荷转移的增强来源于形貌的改善。

图7. a LBL型、b SAA-LBL型和c BC型共混膜在500-930 nm范围内的TA谱图；d LBL型、e SAA-LBL型和f BC型共混膜在500 ~ 960 nm范围内不同延迟时间的TA谱图；g 三种共混膜在630 nm处探测的TA示踪；h PM6和Y6纯膜、BC型、LBL型和SAA-LBL型共混薄膜的PL谱图；i BC型、LBL型和SAA-LBL型共混薄膜的TRPL曲线。