有机太阳能电池（OSC）在过去十年中发展迅速。窄带系且高吸收系数的非富勒烯受体（NFA）的涌现已使OSC的功率转换效率（PCE）超过19%，使其具有较好的商业化前景。活性层的纳米级形貌学是决定有机光伏器件性能的重要指标。通过调节活性层中给体/受体的结晶度和分子相自组装行为能够极大改善电荷传输和电荷复合，因而可以实现更高的PCE。
挥发性添加剂和三元策略均是微调OSC中活性层的纳米形貌的简单而有效的方法。三元策略可以通过构建互补吸收光谱或瀑布能级等方式选择性或共同提升器件开路电压（VOC）和活性层的太阳光吸收等参数。挥发性添加剂能够优化活性层的结晶度和相分离，进而实现高质量的薄膜形貌，同时提升器件的稳定性和PCE。
图1.（a）PM6、BTP-eC9和L8-BO-X的化学结构；b）PM6、BTP-eC9和L8-BO-X薄膜的紫外-可见光谱；c）二元和三元共混薄膜的紫外-可见吸收光谱；（d）器件结构。
深圳技术大学新材料与新能源学院有机半导体材料与器件团队（负责人李顺朴教授）在有机光伏领域持续保持高质量研发。日前，团队张光烨副教授课题组在PM6:BTP-eC9这一高效率体系中引入了一种最近开发的高性能Y系列受体L8-BO-X作为中的第三种组分，并结合挥发性添加剂1,3,5-三氯苯（TCB）来调节活性层形貌和激子扩散/分裂行为。利用各种表征技术，如掠入射广角X射线散射、薄膜深度依赖性光吸收光谱和飞秒级瞬态吸收光谱，探讨了光伏器件中结晶度、相分离、激子产生和电荷传输的影响。第三组分和挥发性添加剂的掺入导致分子取向的各向异性降低，从而实现了给受体界面处更快地激子分裂，增长了π-π堆叠相干长度和激子寿命，最终将PCE提高到19.6%（国家光伏产业计量测试中心认证为19.07%），同时设备在连续曝光1200小时后，PCE仍能保持初始值的82%的效率，表现出出色的光稳定性。这项研究强调了使用挥发性添加剂和第三组分在优化OSC器件性能的潜力，为进一步开发高性能和稳定的有机太阳能电池及其商业化提供了助力。
图2.（a）器件的能量损失；（b）目前使用MPPT测试的器件衰减时间统计数据；（c）本研究中器件归一化PCE随光暴露时间的变化。
该成果近日在国际顶级期刊Materials Science and Engineering: R: Reports（Q1, IF：31.6）上，以“Highly efficient and stable organic solar cells achieved by improving exciton diffusion and splitting through a volatile additive-assisted ternary strategy”为题发表。论文由深圳技术大学新材料与新能源学院为第一单位发表，我院硕士毕业生赵超越（港科大在我院交流博士）为第一作者，王宇飞副研究员为共同第一作者兼共同通讯作者，孙康博硕士为共同第一作者。柏青讲师和香港科技大学李超博士后为共同通讯作者，张光烨副教授为该论文的通讯作者。
感谢深圳技术大学新材料与新能源学院和深圳市超金刚石与功能晶体应用技术重点实验室提供的研究平台支持。感谢深圳市超级金刚石与功能晶体应用技术重点实验室（ZDSYS20230626091303007）、广东省基础与应用基础研究基金（2022A1515010875）、广东省基础与应用基础研究基金（2021A1515110017）、广东省教育厅（2021KCXTD045）、国家自然科学基金（12274303）、深圳科技大学拔尖人才自然科学基金（GDRC202112）和广东省高等学校特色创新基金（2022KTSCX116）的资助。
核心作者简介：
王宇飞，副研究员，网页
王宇飞-深圳技术大学-新材料与新能源(sztu.edu.cn)
柏青，讲师，网页
柏青-深圳技术大学-新材料与新能源(sztu.edu.cn)
张光烨，副教授，网页
张光烨-深圳技术大学-新材料与新能源(sztu.edu.cn)
（论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927796X24000585)
