薄志山教授，刘亚辉教授&路皓副教授， Angew：通过高压制备基于高分子量D18的二元有机太阳能电池实现19.65%的效率记录

第一作者：路皓，刘文龙

通讯作者：刘亚辉*，薄志山*

单位：青岛大学，北京师范大学

有机太阳能电池（OSCs）因其独特的优势，如灵活性、质量轻和可溶液加工的能力，正受到研究人员日益关注。当前，最先进的单结有机太阳能电池可实现超过19%的功率转换效率（PCE），已经可以达到商业应用的门槛。通常，高性能OSC由聚合物给体材料和小分子受体材料组成。此外，OSC的突出优势之一是适用于溶液处理。为了在活性层内获得合适的纳米形态，室温下小分子受体在加工溶剂中表现出优异的溶解度是至关重要的。相反，给体聚合物在处理溶剂中应表现出依赖于温度的聚集行为，能够在活性层制造过程中形成纳米级纤维网络。目前D18是高性能聚合物给体的代表，可以提供最高的PCE。此外，氯仿是处理基于D18的OSC的最佳溶剂。然而，由于高分子量D18在氯仿中的溶解性差，只有较低分子量的D18可以用于OSC的制备。因此，以D18为给体材料的二元OSC可实现的最大效率是有限的。众所周知，给体聚合物的分子量可以显著影响性质，如吸收系数、分子堆积、结晶度和整体OSC性能。高分子量聚合物倾向于形成更有序的晶体结构，这有利于实现高的电荷传输能力和优异的光伏性能。

近日， 青岛大学的刘亚辉教授以及路皓副教授和北京师范大学的薄志山教授 ，受压力锅原理的启发，设计了一种高压方法（HP方法）来解决与高分子量D18相关的可加工性问题。通过这种方法，能够在100°C的压力下将高分子量D18（HW-D18）完全溶解在氯仿中，提高了氯仿的沸点和溶解能力，最终使得HW-D18氯仿溶液在冷却至60°C后能够形成均匀的薄膜。与在室温下使用较低分子量D18（LW-D18）制备的共混膜相比，通过HP方法制备的HW-D18基共混膜表现出卓越性能，包括更有序的分子堆积、更高的结晶度、延长的激子扩散长度和优异的相形态。因此，通过HP方法制备的基于HW-D18:L8 BO的OSC实现了19.65%的卓越PCE，创下了迄今为止二元器件效率记录的最高值 (图1)。

氯仿对于极性大的聚合物分子有着较强的溶解性，但是其较低的沸点限制了其溶解能力，作者通过加压的方法提高了氯仿的沸点并增强了其溶解力

高分子量聚合物有着优异的光学和电学性能，通过高压的方法实现了高分子量D18的可溶液加工

LBL器件往往需要正交溶剂来制备，通过此种方法制备的高分子量D18的薄膜，不会被制备受体层的氯仿溶液破坏，从而不需要使用正交溶剂，可以更加简单的制备器件。

此种方法适用于多种体系，均能获得高于19%的效率。

薄志山 教授简介：吉林大学学士、硕士、博士，德国柏林自由大学和美国北卡州立大学博士后，2002年任中国科学院化学研究所研究员，2002年获得基金委“杰出青年科学”基金支持，教育部长江学者特聘教授（2015-2020），教育部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。主要从事共轭聚合物光电功能材料的合成与性能研究，在国际重要学术期刊发表学术论文300余篇，包括Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Sci. China Chem., Adv. Energy Mater., ACS Energy Lett., Chem. Mater., Macromolecules等高水平论文。

刘亚辉 教授，青岛大学教授，山东省优青，山东省青年泰山学者。2013年本科毕业于北京师范大学获得学士学位。2018年博士毕业于北京师范大学获得博士学位，师从北京师范大学薄志山教授。2020年加入青岛大学纺织服装学院，功能染料与应用技术研究院核心成员，硕士生导师，主持国家青年基金、面上项目等。研究方向：有机光电材料与器件，如有机太阳能电池关键材料、钙钛矿太阳能电池空穴传输材料等，开发了多种非富勒烯受体材料，共轭聚合物给体材料等。至今发表SCI论文70余篇，包括J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Sci. China Chem., Adv. Energy Mater., ACS Energy Lett., Chem. Mater., Macromolecules等高水平论文。

路皓 副教授简介: 1993生，山东滨州人，理学博士，硕士生导师，青岛大学特聘教授。2022年6月博士毕业于北京师范大学。2022年入职青岛大学，现为青岛大学材料科学与工程学院高分子材料系副教授，同时任职于青岛大学功能染料与应用技术研究院，长期从事有机光伏材料与器件的研究。以第一作者/共同一作/通讯作者身份在Advanced Materials，Advanced Energy Materials, Advanced Functional Material, ACS Energy Letter, Chemical Engineering Journal, Science China Chemistry等学术期刊上发表20多篇研究论文，多篇论文被杂志高亮报道。

刘文龙 （博士研究生）就读于北京师范大学，导师是徐新军教授。

投稿请联系contact@scimaterials.cn