李永舫、侯劍輝、閔杰、陳義旺、黃輝、彭強、葉龍等有機光伏大牛10月成果速遞

AM：熱塑性彈性體調整相結構，提高有機太陽能電池拉伸性能

天津大學葉龍等人通過將PM6:N3二元共混物與商用熱塑性彈性體SEBS進行物理混合，成功地提升了共混膜的拉伸性能并降低了其剛度，同時保證了相應有機太陽能電池的高效率。該工作首次創新性地提出引入新型熱塑性彈性體的策略，為多功能有機電子系統提供更優異的特性。相關研究以“Thermoplastic Elastomer Tunes Phase Structure and Promotes Stretchability of High-Efficiency Organic Solar Cells”?為題目，發表在AM上。DOI: 10.1002/adma.202106732

圖1?有機太陽能電池性能

AM：用于高性能有機太陽能電池的通用非鹵化聚合物給體

中科院化學所侯劍輝與安存彬等人設計了一種基于1,3,4-噻二唑單元非鹵化聚合物PB2。PB2與各種非富勒烯受體均表現出良好的兼容性，實現了比基于經典聚合物（PBDB-T 和 PBDB-TF）的器件更好的能量轉化效率。該工作通過合理設計新型非鹵化聚合物給體為進一步開發低成本給體材料和拓寬有機太陽能電池的應用提供了新的見解。相關研究以“A Universal Non-halogenated Polymer Donor for High-performance Organic Photovoltaic Cells”?為題目，發表在AM上。DOI: 10.1002/adma.202105803

圖2?新型非鹵化聚合物給體分子設計與合成

AM：基于喹喔啉的D-A共聚物在聚合物/鈣鈦礦太陽能電池的應用

中科院化學所李永舫與鄭州大學孫晨凱等人總結和討論了喹喔啉基D-A共聚物給體的最新進展，包括喹喔啉單元的合成方法、主鏈調制、側鏈優化和喹喔啉基D-A共聚物的功能取代。重點關注了喹喔啉基D-A共聚物的分子設計策略和結構-性能關系，旨在為開發高性能喹喔啉基D-A共聚物作為聚合物太陽能電池中的給體提供指導。本文同時介紹了喹喔啉基D-A共聚物在鈣鈦礦太陽能電池方面的應用。相關研究以“Quinoxaline-Based D–A Copolymers for the Applications as Polymer Donor and Hole Transport Material in Polymer/Perovskite Solar Cells”?為題目，發表在AM上。DOI: 10.1002/adma.202104161

圖3?喹喔啉基D-A共聚物的應用

AEM：不同基板溫度下有機太陽能電池的活性層形態及器件性能演變

武漢大學閔杰、美國北卡羅來納州立大學Harald Ade和Peng Zhengxing等人采用連續葉片涂層沉積技術系統地研究了基板溫度對基于PM6:Y6器件光伏性能的影響。通過多尺度形態表征技術對不同基板溫度下的活性層微觀結構變化進行了深入研究，發現PM6:Y6體系的三種順序沉積處理的活性層具有不同的特征：隨著溫度的升高，活性層的形貌經歷了從偽體異質結到偽平面異質結再到偽平面雙層的演變，說明了基板溫度與器件性能之間的非單調相關性。該工作表明通過調整基板溫度來優化器件性能是一種簡單可行的策略。相關研究以“Baseplate Temperature-Dependent Vertical Composition Gradient in Pseudo-Bilayer Films for Printing Non-Fullerene Organic Solar Cells”為題目，發表在AEM上。DOI: 10.1002/aenm.202102135

圖4 不同溫度下的形貌與性能演變

AEM：非鹵化碳氫溶劑制備18%高效率有機太陽能電池

香港城市大學任廣禹（Alex K.-Y. Jen）和韓國國立蔚山科學技術院Changduk Yang等人通過選擇合適的給體受體材料和微調溶劑組成，在非鹵化溶劑中實現了適當的溶解度和預聚集。這導致具有高度有序和適當相分離的活性層，實現了18%的有機太陽能電池效率，這是非鹵化溶劑制備的器件報告的最高值。相關研究以“Enabling High Efficiency of Hydrocarbon-Solvent Processed Organic Solar Cells through Balanced Charge Generation and Non-Radiative Loss”為題目，發表在AEM上。DOI: 10.1002/aenm.202101768

圖5 太陽能電池活性層分子及其性能

AFM：全綠色溶劑處理平面異質結有機太陽能電池實現16%效率

南昌大學陳義旺和江西師范大學廖勛凡等人采用順序旋涂和正交溶劑策略相結合的方法制備了平面異質結器件，該策略減少上下層之間溶劑侵蝕造成的材料損失，并改善了垂直相分布，全過程都使用的綠色溶劑，最終實現16%的高效率，是目前平面異質結器件的最高效率。相關研究以“All-Green Solvent-Processed Planar Heterojunction Organic Solar Cells with Outstanding Power Conversion Efficiency of 16%”為題目，發表在AFM上。DOI: 10.1002/adfm.202107567

圖6?器件及分子結構與性能

AFM：非鹵化溶劑制備高性能有機太陽能電池

浙江大學李昌治等人采用非鹵化溶劑熱旋涂策略對共混物形態進行有效控制，非鹵化溶劑的熱旋涂使得共混物形態和表面成分分布達到最佳狀態，實現了18.25%的有機太陽能電池高效率。這是迄今為止報道的由非鹵化溶劑制備的有機太陽能電池的最高效率之一。該工作為制備環保型有機太陽能電池和后續的大規模產業化提供了新的指導。相關研究以“High-Performance Organic Solar Cells from Non-Halogenated Solvents”為題目，發表在AFM上。DOI: 10.1002/adfm.202107827

圖7?工藝流程及分子與器件結構

AFM：18.74%效率的交互型體異質結有機太陽能電池

四川大學彭強和新南威爾士大學戴黎明等人報道了一種新型靈活的溶液處理方法，可以獲得一種新型理想的交互型體異質結結構。具有在激子擴散長度范圍內孔間距的交互型體異質結結構可以提供一個良好的活性層界面，用于有效的激子解離和最小化電荷復合，同時自由電子和空穴可以通過更直接的路徑傳輸到各自的電極結構，從而顯著提高器件性能。該工作為大規模生產高效率有機太陽能電池提供了一種可行的策略。相關研究以“Polymer Solar Cells with 18.74% Efficiency: From Bulk Heterojunction to Interdigitated Bulk Heterojunction”為題目，發表在AFM上。DOI: 10.1002/adfm.202108797

圖8?器件與分子結構及加工工藝

AFM：端基工程實現具有非稠環π共軛核的受體分子的高效光伏性能

中國科學院大學黃輝等人采用廉價且容易獲得的2,3-二溴噻吩作為原始材料，通過不同的端基修飾，系統地調節了分子的光捕獲能力、能級和堆積行為。設計并合成了一系列新型具有非稠環π共軛核的受體材料，實現了高達13.76%的有機太陽能電池效率。該工作為探索簡單結構的具有新型非稠環π共軛核的受體分子提供了重要策略。相關研究以“Simple Nonfused-Ring Electron Acceptors with Noncovalently Conformational Locks for Low-Cost and High-Performance Organic Solar Cells Enabled by End-Group Engineering”為題目，發表在AFM上。DOI: 10.1002/adfm.202108861

圖9?分子結構和設計策略

AFM：端基π–π堆積作用對非富勒烯受體分子取向的調控

化學所易院平和韓廣超等人通過原子分子動力學模擬，系統地研究了一系列非富勒烯小分子受體薄膜溶液在加工過程中的分子自組裝和取向形成過程。研究結果表明，通過協同優化A–D–A型非富勒烯小分子受體的端基和側鏈，可以增強π–π堆積。這些結果深入了解了優先水平取向和面上取向的形成機制，這將有助于提高有機太陽能電池的光吸收能力、激子擴散率和電子傳輸特性，同時也為有效控制高性能有機太陽能電池的分子取向提供了重要依據。相關研究以“Regulation of Molecular Orientations of A–D–A Nonfullerene Acceptors for Organic Photovoltaics: The Role of End-Group π–π Stacking”為題目，發表在AFM上。DOI: 10.1002/adfm.202108551

圖10?不同結構的A–D–A型非富勒烯小分子受體

Acc. Mater. Res.：雜原子取代對有機太陽能電池給體材料光伏性能的影響

蘇州大學李永舫和崔超華等人發表綜述，關注給體材料分子主鏈上的雜原子取代來提高其光伏性能的主題，旨在為最先進的光伏給體設計提供對分子結構優化的深入理解材料。重點介紹了應用于有機光伏材料共軛分子骨架的鹵素（氟和氯）原子取代策略，并簡要討論了光伏材料在有機太陽能電池的性能優化和實際應用面臨的挑戰。相關研究以“Effects of Heteroatom Substitution on the Photovoltaic Performance of Donor Materials in Organic Solar Cells”為題目，發表在Acc. Mater. Res.上。DOI: 10.1021/accountsmr.1c00119

圖11?不同雜原子取代活性層材料

本文由景行供稿。

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