薄志山课题组AEM：调控非富勒烯受体结晶生长降低有机太阳能电池激子复合损失

第一作者：张花蕊

通讯作者：刘玉强*，刘亚辉*，李鸿祥*，薄志山*

单位：北京师范大学，青岛大学，山东师范大学，四川大学，西安交通大学，东华大学

目前有机太阳能电池的光电转换效率（PCE）已超过19%，但其效率仍然受到复合损失的限制。在有机半导体中，光生电子和空穴通常以激子的形式存在，从激子到自由电荷的转变需要扩散和解离等过程，过程中伴随的复合损失不可避免。为了解决活性层中的复合损失问题，研究人员已经提出了多种方案，其中，薄膜结晶行为对激子动力学过程的影响尤为重要。

近日， 青岛大学刘玉强教授、刘亚辉教授、四川大学李鸿祥博士、北京师范大学薄志山教授 等报道了一种新的活性层结晶行为调控方法。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 “Mitigating Exciton Recombination Losses in Organic Solar Cells by Engineering Nonfullerene Molecular Crystallization Behavior” 。

通过精细设计噻吩和卤素原子，设计合成了四种固体添加剂（TT-H，TT-Cl，TT-Br，DTT-Cl）以调节活性层的形貌和结晶。将这些添加剂用于PM6：Y6光活性层中，器件PCE均有明显提高。其中TT-Cl表现出最好的效果，基于TT-Cl的PM6:Y6 OSCs的PCE从15.4%提高到17.5%。

研究发现，在薄膜沉积过程中，添加剂分子可以插入非富勒烯分子之间。分子之间的相互作用改变了非富勒烯分子的结晶生长过程，非富勒烯分子堆积更加紧密有序，同时混合膜的结晶质量也得到改善，垂直方向结晶分布更加一致。这些均有助于激子扩散和解离，从而减弱激子复合损失。

此外，添加剂在其他活性层体系中也可以有效提高器件光电性能，展现出优异的普适性，并且在D18:BTP-eC9-4F 二元电池中实现了19.3%的光电转换效率。这项工作证明了分子结晶堆积对光生激子解离复合的重要影响，并为提高高效器件的结晶质量提供了一种简便的策略。

Mitigating Exciton Recombination Losses in Organic Solar Cells by Engineering Nonfullerene Molecular Crystallization Behavior

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。

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