【重點摘要】
香港理工大學Gang Li與美國UCLA 楊陽團隊發展了一種非單調中間態操控策略來同時優化非富勒烯有機太陽能電池的晶化動力學和能量損失。
這種策略通過使用1,3,5-三氯苯作為晶化調節劑，可以誘導活性層的形態學首先增強后再緩和的非單調中間態過渡。
在PM6:BTP-eC9 有機太陽能電池中，該策略實現了19.31%的效率；在PM1:BTP-eC9有機太陽能電池中，非輻射重組合能量損失降低至0.168eV（19.10%效率），為未來有機太陽能電池研究提供了巨大的潛力。
【研究背景】
非富勒烯受體有機太陽能電池代表了該領域的前沿，得益于材料和形態學調控的創新。非輻射重組損失的抑制和性能提升是有機太陽能電池研究的核心。過去常規的溶劑添加劑如1,8-二碘辛烷雖可提高非富勒烯受體的結晶性，但也會導致受體過度聚集，增加非輻射重組損失。開發新的形態調控技術同時優化D:A的自組裝和降低非輻射重組已成為當務之急。本文利用1,3,5-三氯苯作為晶化調節劑，通過調控薄膜形成過程實現先聚集后緩解的非單調中間態轉變，以同時實現有機太陽能電池的效率提升和非輻射重組損失的降低。
【研究成果】
本文研究團隊開發了一種非單調中間態操控策略，通過在PM6:BTP-eC9富勒烯太陽能電池中應用該策略，實現了19.31%的效率(18.93%認證)，創下了二元有機太陽能電池的最高紀錄。同時，PM6:BTP-eC9系統的非輻射重組合能量損失很低，只有0.190 eV。在PM1:BTP-eC9有機太陽能電池中，進一步實現了19.10%的效率和0.168 eV的非輻射重組合損失。此外，該策略展示了良好的通用性，在多個有機太陽能電池系統中都取得了優于常規1,8-二碘辛烷處理的效果。該策略不僅提高了效率，也改善了光穩定性。本研究為降低有機太陽能電池的非輻射重組損失、釋放新興非富勒烯材料的潛力提供了新途徑。
【研究方法】
利用差示掃描量熱法、熱重分析、原位GIWAXS等手段研究了三氯苯與活性材料的交互作用。
測試了三氯苯處理對有機太陽能電池性能的影響。
利用空間電荷限制電流法、暫態光壓法等手段研究了三氯苯處理后的電荷傳輸和重組動力學。
通過原位UV-Vis反射光譜和GIWAXS等手段研究了三氯苯誘導的非單調中間態轉變。
計算并分析了三氯苯處理前后的有機太陽能電池各項損失。
在多個有機太陽能電池系統中驗證了該方法的通用性。
測試了三氯苯處理對有機太陽能電池光穩定性的影響
【結論】
研究中使用了一種新策略，使用1,3,5-三氯苯來優化有機太陽能電池。這策略改善了薄膜結晶過程，控制了分子聚集，成功提高了有機太陽能電池的效率，也減少了非輻射復合損失，為未來的研究提供了潛力。
