全球能源危机不断加重，如何利用和开发新能源从而实现低碳减排，已经成为全人类共同关注并努力探讨的重大问题之一。太阳能电池作为一种利用太阳能直接转化为电能的装置，是目前最重要的新能源技术之一。相比较于传统的硅基太阳能电池，新型的有机太阳能电池凭借其溶液可加工性、质轻价廉、柔性可折叠等强大优势，得到了学术和工业界的青睐。最近，中国科学院大学材料科学与光电技术学院黄辉教授与张昕副教授领导的研究小组通过非共价“构象锁”理性设计高效固态添加剂、逐层旋涂技术调控垂直组分分布以及三元给体合金调控电荷转移态等策略数次创造并打破有机太阳能器件的最高效率，取得以下系列重要进展。
1. JACS：非共价“构象锁”助力平面型固体添加剂的设计
在本工作中，研究人员以固体添加剂分子的构象调控作为研究的切入点，分别设计合成了扭曲型固体添加剂SAD1，以及平面型固体添加剂SAD2（引入S···O非共价“构象锁”）。通过系统深入的对比研究，该团队揭示了该类固体添加剂的工作机理，并发现固体添加剂分子的构象对调控活性层形貌以及提高光伏器件性能起着至关重要的影响。最后，通过平面型固体添加剂SAD2处理的有机太阳能器件获得了18.85%的光电转化效率（中国计量科学研究院的认证效率为18.7%），创造了当时单结二元有机太阳能电池的最高记录值。该研究不仅初步阐明了固体添加剂的工作原理，同时也进一步展示了非共价“构象锁”策略在分子设计方面的应用潜力。
原文链接： Li, C.; Gu, X.; Chen, Z.; Han, X.; Yu, N.; Wei, Y.; Gao, J.; Chen, H.; Zhang, M.; Wang, A.; Zhang, J.; Wei, Z.; Peng, Q.; Tang, Z.; Hao, X.; Zhang, X.; Huang, H. Achieving Record-Efficiency Organic Solar Cells upon Tuning the Conformation of Solid Additives. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144 (32), 14731-14739.（该论文被选为Supplementary Cover）
https://doi.org/10.1021/jacs.2c05303
2. AM：调控垂直组分分布，二元有机太阳能电池效率突破19%
该研究团队利用两步的逐层旋涂技术构建了基于D18和L8-BO的二元光伏器件。通过调控两步旋涂的转速，精细的优化了光活性层在垂直方向的组分，获得了19.05%的能量转化效率。值得一提的是，这种逐层旋涂技术制备的器件性能明显优于传统共混旋涂制备的器件（18.14%）。机理研究表明，这种逐层旋涂技术有效地调节了活性层的垂直组分分布，使其具有更高的结晶度、有效的激子解离、较低的能量损失和平衡的电荷传输。研究者进一步将此方法拓展到多个给/受体材料体系，展示出了良好的普适性，充分展示了这一简单的逐层旋涂技术在调控垂直组分分布，提高有机太阳能电池器件性能方面的巨大潜力。
原文链接：Wei, Y.; Chen, Z.; Lu, G.; Yu, N.; Li, C.; Gao, J.; Gu, X.; Hao, X.; Lu, G.; Tang, Z.; Zhang, J.; Wei, Z.; Zhang, X.; Huang, H. Binary Organic Solar Cells Breaking 19% via Manipulating the Vertical Component Distribution. Adv. Mater. 2022, 34 (33), 2204718.
https://doi.org/10.1002/adma.202204718
3. AS：三元给体合金策略调控电荷转移态，获得高开压和超过19.2%的光电转化效率
研究人员选择化学结构相似的PM6和D18-Cl作为给体、L8-BO作为受体制备了三元光伏器件。由于PM6和D18-Cl具有较好的混溶性，两者在三元活性层中倾向于形成给体合金。该推测通过接触角测试、差示扫描量热法和循环伏安法等测试表征中得到了进一步验证。该给体合金的形成则有利于在较宽的PM6:D18-Cl重量比例范围内调控合金给体的能级，进而可连续调节活性层中的CT态。一方面，三元器件中CT态能量（ECT）的提升可以降低光生电荷产生过程中所需激子解离驱动力引起的能量损失（ΔECT = Eg ? ECT）。另一方面，器件中降低的ΔECT还能促进LE态和CT态的杂化，进而提高CT态发光并降低非辐射能量损失（ΔEnon–rad）。最终，三元器件能量损失得到明显降低，获得了高达0.91 V的开路电压。这是目前已报道的光电转化效率超过19%的单结器件最高开压值。这一最新成果表明通过三元给体合金策略调控给受体界面形成的CT态是降低器件能量损失、提高器件性能的有效方法。
原文链接：Gao, J.; Yu, N.; Chen, Z.; Wei, Y.; Li, C.; Liu, T.; Gu, X.; Zhang, J.; Wei, Z.; Tang, Z.; Hao, X.; Zhang, F.; Zhang, X.; Huang, H. Over 19.2% Efficiency of Organic Solar Cells Enabled by Precisely Tuning the Charge Transfer State Via Donor Alloy Strategy. Adv. Sci. DOI: 10.1002/advs.202203606.
https://doi.org/10.1002/advs.202203606
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