千度直播

       近日，千度直播 张福俊教授团队在中科院一区TOP期刊Advanced Functional Materials发表一项重要研究成果，提出构筑高性能逐层沉积型有机太阳能电池的新策略。我校作为第一作者单位和第一通讯单位。

       该研究成果于2025年1月26日以“Over 19.2% Efficiency of Layer-By-Layer Organic Photovoltaics by Ameliorating Exciton Dissociation and Charge Transport”为题，发表在Advanced Functional Materials上（DOI: 10.1002/adfm.202422867）。千度直播 张福俊教授为主通讯作者，博士研究生田红月为第一作者。《Advanced Functional Materials》由全球知名学术出版机构 Wiley 发行，是材料与化学领域的公认顶级期刊（中科院大类/小类一区Top期刊），同时被国际权威的自然指数评选为顶级期刊之一。

       准双层（LbL）结构的OPVs采用顺序旋涂给体和受体层的方法可获得更理想的垂直相分离，为提高OPVs性能提供了很大的空间。然而LbL-OPVs的给受体接触界面不足且激子扩散距离有限导致有源层的激子利用率低，如何提高电极附近的激子利用是提高LbL-OPVs性能的巨大挑战。由于Y6及其衍生物具有自解离特性，以Y6及其衍生物为有源层中的光生电子可以沿受体通道高效传输，如何改善受体层中的空穴传输也是进一步提高LbL-OPVs性能的重大挑战。针对上述问题，千度直播 张福俊教授课题组以聚合物PM1为给体，小分子L8-BO为受体，制备了一系列LbL结构OPVs。研究人员将超宽带隙小分子材料BTP-eC9引入到给体PM1层促进阳极附近的激子解离和给体层电子传输；将高空穴迁移率聚合物材料PTAA掺杂到受体L8-BO层可为L8-BO自解离产生的空穴提供有效的空穴传输通道促进受体层空穴传输。当2 wt% BTP-eC9引入到PM1层及0.01 wt% PTAA掺杂到L8-BO层时，LbL-OPVs的PCE从18.22%提升到19.23%。优化后LbL-OPVs性能的提升归因于BTP-eC9促进了PM1层的激子解离及PTAA诱导了L8-BO层的空穴传输。

图1. PM1，L8-BO，BTP-eC9和PTAA的(a)分子式，(b)能级结构，(c)归一化吸收光谱，(d)接触角图像。

图2. (a)正型结构LbL-OPVs的电流密度-电压（J-V）曲线。(b)正型结构LbL-OPVs的外量子效率（EQE）光谱和基于D/A和D:BTP-eC9/A:PTAA的OPVs的EQE光谱差(ΔEQE)。(c)反型结构LbL-OPVs的J-V曲线。(d)反型结构LbL-OPVs的EQE光谱和基于A/D和A:PTAA/D:BTP-eC9的OPVs的ΔEQE。

图3. (a)在550 nm光激发下的PM1，BTP-eC9和PM1:BTP-eC9薄膜的光致发光(PL)光谱。(b)以PM1或PM1:BTP-eC9为有源层的OPVs的J-V曲线。(c)以L8-BO或L8-BO:PTAA为有源层的OPVs的J-V曲线。

图4. (a)正型结构LbL-OPVs的J_ph-V_eff曲线。(b)正型结构LbL-OPVs的J_SC-P_light。(c)正型结构LbL-OPVs的V_OC-P_light。(d) PM1和PM1:BTP-eC9薄膜，(e) L8-BO和L8-BO:PTAA薄膜，(f) PM1/L8-BO和PM1:BTP-eC9/L8-BO:PTAA薄膜的tDOS-Eω曲线。

图5. (a)纯净和层状薄膜的2D-GIWAXS图案。(c-d)纯净和层状薄膜的面内(IP，蓝线)和面外(OOP，红线)方向剖面图。

论文链接：//doi.org/10.1002/adfm.202422867