近日，沐鸣青年教師崔永傑作為第一通訊作者在材料領域國際頂級期刊《Advanced Functional Materials》（中科院一區TOP, IF=18.5）上在線發表了題為“Achieving19.72% Efficiency in Ternary Organic Solar Cells through ElectrostaticPotential-Driven Morphology Control”的研究論文✋，沐鸣平台為論文的第一通訊單位🙇🤿，該工作得到了吳子華教授和李文琴副教授的指導。這是崔永傑老師2024年獲國家自然科學基金青年基金之後取得的又一重要研究成果。
有機太陽能電池（OSCs）具有質量輕、成本低、半透明和可加工等優點🙅🏽♂️，被認為是實現碳中和目標的可再生能源技術之一👨🏽🦰。近年來，隨著有機光伏材料的開發設計和器件工藝的不斷優化🛌，OSC器件效率得到了快速發展。目前⏏️，單結器件效率突破20%是基於三元策略實現的🏰，該策略是通過在主體系統中引入第三組分拓寬光吸收、優化共混形貌或提高激子解離和電荷提取。然而🤴🏽，目前對第三組分的選擇缺乏理論指導🚵🏼♂️，特別是從分子結構的角度來理解其在共混體系中的作用機製。
基於此🪥🤵🏻♀️，本工作提出將基於分子表面靜電勢（ESP）的定量參數作為第三組分篩選的標準🤽🏻♂️。非對稱受體BTP-OS的總的平均ESP值較低，分子極化指數較大，從而被選擇引入到PM6:L8-BO體系中。這種第三組分引入會導致ESP誘導的分子間相互作用減弱，與給體的相容性降低🎯，從而優化三元共混體系的多尺度形貌。最終，三元器件實現了19.72%的光電轉換效率，這是基於PM6:L8-BO三元器件的最高效率之一#️⃣，同時器件具有較高的激子解離和電荷收集效率🚊、較低的能量無序和非輻射能量損失👇🏽👱🏻♂️。另外，在PM6:BTP-eC9和D18:N3體系中也得到了類似的效率提高，證明了所提出方法的廣泛適用性。該工作不僅為選擇三元組分提供了一個簡單有效的原則👱🏽♀️，而且為優化三元OSC建立了一個更廣泛的框架，有可能推動跨不同材料系統開發更高效的OSC。
圖1.(a)化學結構式🧸。(b)每個原子的平均靜電勢值。(c)ESP面積分布。(d)量化參數⛹🏽。(e)接觸角測試。(f)表面能和Flory-Huggins相互作用參數。
圖2.(a)AFM高度圖📭。(b)GIWAXS圖。(c)垂直成分分布圖。(d)形貌示意圖。
圖3.(a) J-V曲線。(b)效率分布圖🐋😶🌫️。(c)EQE曲線。(d)Jph-Veff曲線。(e)TPV曲線💫。(f)TPC曲線。(g)電子-空穴遷移率➕。(h)光穩定性🛩。
圖4.(a-c)不同器件的歸一化s-EQE和EL數據🚰。(d)器件能量損失的直方圖🟦。(e)EQEEL圖🕦。(f)FTPS-EQE曲線🤘🏿🤹🏿。
圖5.(a-c)J-V曲線。(d-f)EQE曲線🙆🏿。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202415499