匯總：有機太陽能電池研究新進展
有機太陽能電池以地球上最豐富的碳基材料為基本原料,憑借質輕、柔性及易于大面積印刷制造等優點成為新一代光伏技術的重要發展方向。國家能源局曾指出有機太陽能電池是綠色能源未來的新選擇，經過多年研究，目前的有機太陽能電池得到新一輪的發展。本專題在眾多優秀的研究成果中挑選幾篇有代表性的成果，讓我們一起來了解有機太陽能電池研究的新進展。
1. 青島能源所 Mater.：通過調節多維分子間相互作用實現有機太陽能電池效率超過19%
中科院青島生物能源與過程研究所包西昌研究員、李永海副研究員團隊研究了光電轉換與活性層中多維分子間相互作用之間的復雜關系。這些相互作用受到受體側鏈異構化和端基工程的雙重調控。在該項工作中，首先，通過側鏈異構化顯著地改變了從烷基苯基到苯基烷基的相互作用，其中大體積苯基的朝向遠離π主鏈時，就可以調整π–π堆疊距離，并調節與相鄰分子的相互作用位點。然后，通過改變端基來巧妙地調控分子間的交互作用。通過單晶測量和理論分析，苯基烷基特征受體（LA -系列）相對于烷基苯基附著異構體（ITIC-系列）表現出更強的結晶度，具有顯著增強的“面對面”相互作用，這主要得益于更近的分子間距離和苯基末端對相鄰分子的額外貢獻。此外，與強相互作用的PM6/ITIC系列受體相比，PM6和LA系列受體表現出中等的供體/受體(D/A)相互作用，這有助于增強相分離和電荷傳輸。因此，所有LA系列受體的輸出效率都在14%以上。此外，LA系列受體與BTP-eC9表現出適當的相容性、主/客體相互作用以及結晶度關系，從而形成均勻且組織良好的“合金樣”混合相。其中，高晶化LA23進一步優化了多重相互作用和三元微觀結構，效率高達19.12%。這些結果強調了多維分子間相互作用在OSCs光伏性能中的重要性。相關成果以“Over 19% Efficiency Organic Solar Cells by Regulating Multidimensional Intermolecular Interactions”為題發表在國際著名期刊Advanced Materials上。
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2.??? AM：原位吸收表征槽模涂層高性能大面積柔性有機太陽能電池
國家納米科學中心魏志祥研究員、呂琨研究員、張建齊副研究員團隊發現兩種受體Qx-1和Qx-2在槽模涂覆過程中表現出截然不同的成膜動力學，報告研究了聚集能力對槽模涂層相分離動力學的影響，并進一步闡明了它們對大面積柔性器件性能的影響。研究人員使用基于PM6:Qx-1和PM6:Qx-2的有機太陽能電池器件，并以鄰二甲苯作為溶劑，進行了原位紫外-可見吸收測量，以了解共混物在槽模涂覆過程中的成膜動力學。
相關研究工作以“In-situ Absorption Characterization Guided Slot-Die-Coated High-Performance Large-area Flexible Organic Solar Cells and Modules”為題發表在國際頂級期刊Advanced Materials上。
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3.??? AEＭ：非稠環受體實現超過15.6%效率的有機太陽能電池
南方科技大學Aung Ko Ko Kyaw教授和徐保民教授團隊通過將兩種組內設計的NFREAs“BTIC4F”和“C6C4-4Cl”與給體聚合物PM6混合，報道了高效的三元OSCs，產生了令人印象深刻的15.62%功率轉換效率。這項工作提供了一種通過增加合金相受體相中激子的擴散長度和合理選擇HTL誘導垂直相分離來提高NFREA基OSCs的性能的有效策略。
相關研究工作以“Non-Fused Ring Acceptors Achieving over 15.6% Efficiency?Organic Solar Cell by Long Exciton Diffusion Length of Alloy-Like Phase and Vertical Phase Separation Induced by Hole Transport Layer”為題發表在國際頂級期刊Advanced Energy Materials上。
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4.??? Adv. Energy Mater.：通過光譜分辨加速老化分析揭示有機太陽能電池的光降解途徑
埃爾朗根-紐倫堡大學Thomas Heumüller教授提出了一種有機太陽能電池（OSC）穩定性測試方法，旨在為OSC退化模式的原因提供更獨特的見解。該方法涉及使用高輻射劑量的單色光來加速老化的降解機制，同時通過一系列原位穩態和瞬態電測量來監測設備。實驗結果伴隨著漂移擴散模擬，以定位降解路徑。對PM6:Y6基OSC進行了測試，實驗揭示了導致PM6:Y6層內陷阱態密度增加的降解機制。瞬態模擬表明，這些態是在PM6:Y6和電子傳輸層之間的界面處或周圍形成的。此外，還證明了照明波長對降解模式的驚人主導影響。相關成果以“Revealing Photodegradation Pathways of Organic Solar Cells by Spectrally Resolved Accelerated Lifetime Analysis”發表在Advanced Energy Materials上。
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5.??? 武漢理工王濤教授AM：高達19%！非富勒烯受體纖維化提升有機太陽能電池效率
武漢理工大學王濤教授課題證明了在稠環添加劑分子1-氟萘（FN）的幫助下小分子NFA L8-BO實現纖維化，從而大幅提高器件的電荷傳輸性能和光電轉換效率。分子動力學模擬表明，FN作為分子橋附著在L8-BO的骨架上，增強分子間堆積，誘導L8-BO一維自組裝成具有緊密多晶結構的細纖維。L8-BO纖維被整合到以D18為供體的贗本體異質結（P-BHJ）活性層中，顯示出增強的光吸收、電荷傳輸和收集性能，導致D18/L8-BO二元P-BHJ 器件的PCE從16.0%提高到前所未有的19.0%，填充因子（FF）高達80%。這項工作展示了一種纖維化電子受體提高器件性能的策略。研究成果以題為“Fibrillization of Non-Fullerene Acceptors Enables 19% Efficiency Pseudo-Bulk Heterojunction Organic Solar Cells”發表在知名期刊Adv. Mater.上。
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6.侯劍輝&鄭眾Adv. Mater.：ZnO層的新制備方法助力高效穩定有機太陽能電池
中科院化學所侯劍輝研究員和北京科技大學鄭眾教授等人報道了一種簡單、有效、經濟的方法，用硼酸(BA)去除溶膠-凝膠ZnO CIL中殘留的胺而不損傷ZnO。BA被用作胺清洗劑，因為其具有合適的酸離解常數(pKa)以避免ZnO分解。X射線光電子能譜(XPS)結果表明，由于BA的沖洗，殘留的胺可以被有效地去除。ZnO的功函數(Φ)可以從3.86 eV改變到3.79 eV，導致基于PBDB-TF:HDO-4Cl:BTP-eC9的OSCs的Voc增加10 meV。此外，清洗后的ZnO CIL在電子提取能力方面表現出明顯的改善，例如BA處理的ZnO中的電子提取可以在44.29 ns內完成(比原始ZnO快33.64%)。另一方面，ZnO CIL的電荷收集能力增強，ZnO CIL的功函數有利于實現更高的Voc。ZnO CIL的改進性質將PBDB-TF:HDO-4Cl:BTP-eC9 OSC的FF從75.07%提高到78.13%，并且將PBDB-TF: BTP-eC9 OSC的FF從73.97%提高到77.28%。基于上述結果，優化的單結OSCs的穩定性和功率轉換效率(PCE)同時提高。活性面積為0.04和1.00 cm2的電池分別表現出18.40%和17.42%的PCEs。此外，基于BA處理的ZnO CIL的串聯OSCs表現出19.56%的PCE，證明了所提出方法的有效性。
相關研究文章以“New Method for Preparing ZnO Layer for Efficient and Stable Organic Solar Cells”為題發表在Adv. Mater.上。
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7. 華南理工黃飛李寧Nature Energy：兼具高效率高壽命有機太陽能電池設計
華南理工大學黃飛教授和李寧教授等人（共同通訊作者）利用Y6類似物（OY）和2,2′-雙噻吩單體構建了一系列齊聚物受體（POY），研究了分子尺寸和包裝性能對光伏性能的影響。作者通過改變分子鏈的長度，改變了熱性能、結晶行為和分子堆積，獲得了最佳的微觀結構和更穩定的形貌。對于基于齊聚物受體的二元OSCs，具有超過超過25000小時的推算壽命，相當于可以在廣州使用超過16年。這項工作強調了低聚策略在調節分子堆積行為和共混形態方面的重要性，促進了穩定和有效的OSCs非富勒烯受體的發展。
相關研究成果以“Organic solar cells using oligomer acceptors for improved stability and efficiency”為題發表在Nature Energy上。
8. 山大高珂教授團隊Joule：創造全小分子有機太陽能電池效率新紀錄
山東大學物質創制與能量轉換科學研究中心高珂教授、李玉良院士、華南師范大學先進光電子研究院輦理教授等人聯合報道了一種高效的ASM OSC。研究人員通過結合LbL沉積和固體添加劑甲氧基取代石墨炔（GOMe）處理來合理控制順序形態演變和垂直成分分布，最終獲得了一種高效的ASM OSCs。與BHJ共混物相比，LbL處理的共混物具有底部給體富集、頂部受體富集的最佳垂直分層。此外，結果表明，將固體添加劑GOMe添加到給體層略微增強了分子堆積并增加了表面粗糙度，從而為隨后的受體沉積提供了合適的基質，這顯著促進了受體擴散從而形成優選的垂直分布。另一個方面，GOMe處理的受體層顯示出更緊密的分子堆積。通過這種方法，合理控制的共混物形態同時具有緊湊的分子堆積、足夠的D/A界面和垂直傳輸通道，從而實現了增強的激子解離和電荷傳輸。最終，基于ZnP-TSEH:4TIC:6TIC的器件獲得了77.31%的FF，以及17.18%的突破效率（驗證效率：17.08%），顯著高于對照器件。
相關研究成果以“Rational control of sequential morphology evolution and vertical distribution toward 17.18% efficiency all-small-molecule organic solar cells”為題發表在國際頂級期刊Joule上。
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