任廣禹團隊ACS Energy Lett.: 有機太陽能電池中的玻璃化固溶體形成

導語：研究人員設計併合成了一種新型Y6衍生物受體BT-4BO，其與CH1007結構相似，具有和好的相容性。最終，基於PTzBI-dF：CH1007：BT-4BO的三元器件中的短路電流密度顯著增加，最佳PCE高達17。80%。任廣禹團隊ACS Energy Lett。：有機太陽能電池中的玻璃化固溶體形成

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https：//doi。org/10。1021/acsenergylett。1c01576

1.前言

三元有機太陽能電池（OSCs）中光活性層中的材料由三個組分共同構成，由於其能夠實現寬範圍的光譜覆蓋，而無需製造複雜的串聯器件，因此引起了極大的關注。透過對三元混合物的奈米形態和能量學的協同控制，大多數三元OSCs器件的光電轉換效率（PCE）顯著高於二元OSCs器件。

在D：A1：A2的三元體系中，應注意組分之間的相容性，引入第三種組分可以使得活性層組分混合得更緊密，以提高器件的長期穩定性。為了確保兩個受體之間的良好混溶性，應保持其化學結構的高度相似性。因此，調整A1、A2的分子結構如側鏈、中心核骨架等，有利於提高不同組分之間的混溶性。

圖1：分子結構與基本性質

2.簡介

考慮到上述因素，近日，

香港城市大學任廣禹（Alex K.-Y. Jen）教授

研究團隊設計併合成了一種新型Y6衍生物受體BT-4BO，其具有四條延長的側鏈，與超窄帶隙受體CH1007相比，它的光學帶隙明顯降低，同時保持了兩者之間極高的相容性。當採用寬頻隙分子PTzBI-dF作為給體時，基於PTzBI-dF：CH1007：BT-4BO的三元器件中的短路電流密度（VOC）顯著增加，而短路電流密度（JSC）和填充因子（FF）對含量比不太敏感，最終最佳PCE高達17。80%。

圖2：三元共混物的AFM與TEM表徵

更重要的是，研究發現，這兩種相容受體的混合組分在不同的比例上可以形成玻璃化固溶體，這種玻璃化作用在三元共混物中形成了緊密混合的奈米形態，從而抑制了每個單一受體的熱誘導結晶，並在老化過程中凍結了細分相。最終，在開發的三元OSCs器件中，PCE和熱穩定性得到同時提高。

圖3。光伏穩定性

3.總結

綜上，該工作透過分子設計策略，將合成的新型受體應用到三元OSCs中可以同時實現高光伏效率和熱穩定性。相關研究成果現已發表在國際頂級能源期刊《ACS Energy Letters》上，題為“Formation of Vitrified Solid Solution Enables Simultaneously Efficient and Stable Organic Solar Cells”。

本文關鍵詞：有機太陽能電池，器件穩定性，CH1007，BT-4BO，PTzBI-dF。

4.材料

PM6：1802013-83-7

Y6-BO：2389125-23-7