  导语 在分子设计和器件工程的共同努力下，有机太阳能电池（OSC）的能量转化效率（PCE）迅速攀升。然而在目前的高效率下，实现OSC高通量的商业化生产仍存在挑战。目前的高效率器件的活性层厚度均在100-120 nm的范围内，这将导致入射光子通量的利用不足。此外，在商业化生产中，获得无缺陷、均匀的薄膜存在困难，活性层的厚度通常可以达到数百纳米。因此，开发高性能的厚膜有机太阳能电池是从实验室到商业化生产的重要条件。近日，中国科学院大学黄辉教授课题组在该研究领域取得了新进展（Adv. Mater. 2023, 2304225. https:///10.1002/adma.202304225）。 前沿科研成果 寡聚受体材料构建效率超过18%的三元厚膜（300 nm）有机太阳能电池 高性能的厚度不敏感有机太阳能电池（OSCs）的开发对于太阳能电池的大规模生产至关重要。然而，增加活性层厚度通常会导致能量转化效率的显著降低。黄辉教授课题组采用三元策略来打破这一困境。 具体将寡聚物DY-TF作为第三组分掺入PM6:L8-BO体系中。主链中的S··F构象锁使DY-TF具有较高的平面性。添加DY-TF后，三元共混膜的结晶性有所提高，使得电荷载流子迁移率增加，有利于厚膜器件性能的提升。基于PM6:L8-BO:DY-TF的薄膜器件（110 nm）获得了19.13%的PCE，厚膜（300 nm）器件达到了18.23%的效率（认证效率为17.8%），这是迄今为止报道的300 nm厚膜OSC的最高效率。此外，刮刀涂布制备的厚膜器件（300 nm）获得了17.38%的PCE。这项工作获得了膜厚容忍度较高的OSC器件，有利于推进OSC的商业化生产的进程。
（来源：Adv. Mater.） 形貌研究结果表明，随着DY-TF的加入，三元共混薄膜具有明显的纳米纤维网络结构，有利于有效的激子解离和电荷传输。L8-BO和DY-TF具有相似的骨架结构、使其具有良好的混溶性。由广角x射线衍射（GIWAXS）分析得，三元混合薄膜的层状堆积峰使相干常数（CCL）从86.071Å提高到88.123Å，π-π堆积峰CCL值从21.518Å增加到23.015Å。三元共混物中优良的分子结晶度，有助于厚膜OSC内部的电荷传输。
（来源：Adv. Mater.） 此外，我们利用分子动力学（MD）模拟进一步研究了DY-TF的添加对活性层的影响。结果表明，在PM6:L8-BO膜中添加DY-TF后，PM6和L8-BO之间的质心（COM）距离减小，从PM6:L8-BO膜中的2.10 nm减小到PM6:L8-BO:DY-TF膜中的1.16 nm，说明PM6:L8-BO:DY-TF膜内的分子堆叠比PM6:L8-BO薄膜的分子堆叠更紧密。由模型中心相对位置的质量密度结果得，添加DY-TF后，三元薄膜的质量密度的波动相对较小，表明三元薄膜比主体二元薄膜（PM6:L8-BO）具有更均匀的密度分布。三元薄膜的紧密堆叠和均匀的密度分布有利于电荷传输行为。
（来源：Adv. Mater.） 该工作近期发表在《先进材料》上（Adv. Mater. 2023. DOI：10.1002/adma.202304225），中国科学院大学材料科学与光电技术学院的魏亚男博士为第一作者，中国科学院大学黄辉教授、蔡芸皓副教授、张昕副教授为通讯作者。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委和科学院的资助。 课题组简介
本课题组的主要方向是有机/高分子半导体材料的合成及应用。 具体方向包括： 1. 开发有机高分子半导体材料的绿色、宏量、精准合成方法 2. 研究高性能有机高分子材料的新型设计策略 3. 探索有机高分子半导体材料的光电应用
教授简介
黄辉教授主要从事有机/高分子半导体材料的合成和应用研究，迄今发表高水平学术论文120余篇，其中包括：Nat. Chem.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、CCS Chem.等国内外顶尖学术刊物。目前任中国化学会副秘书长、分子聚集发光委员会委员、青年工作者委员会委员， InfoMat、Sci. China Chem.编委等。先后获得多项奖励与荣誉，包括中科院朱李月华优秀教师奖、中科院优秀导师奖等，获国家杰出青年基金的资助。 邀稿 |
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