近日，304.cam永利集团物电学院邱贝贝副教授联合韩国蔚山国立科学技术院Changduk Yang教授课题组、化学所李永舫院士团队在有机太阳能电池活性层形貌调控方面取得新进展，相关研究成果以Synergistic Effects of Solid and Solvent Additives on Film Morphology Enable Binary Organic Solar Cells with Efficiency of over 19%为题发表在Advanced Functional Materials（中科院一区，IF = 18.5）。
活性层薄膜的微观结构与有机太阳能电池（OSCs）中的光生载流子过程（包括激子生成和扩散、激子解离产生自由电荷以及电荷传输过程）密切相关。因此，活性层的薄膜形貌特征的调控对于开发高性能OSCs至关重要。然而，大多数高性能OSCs仅使用单一种类的添加剂（溶剂添加剂或固体添加剂）。考虑到溶剂添加剂和挥发性固体添加剂的在形貌调控上的不同作用机制，协调使用溶剂添加剂和挥发性固体添加剂可能是一种有效的策略。基于此，该研究工作采用两种结构相似的1-苯并噻吩（BT）和苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩（BDT）作为挥发性固体添加剂，分别与溶剂添加剂1-氯萘（CN）来协同调控活性层形貌结构。其中，基于CN-BT混合添加剂处理的 PMZ-10:Y6的二元 OSCs光伏转换效率达到 19.03%。总的来说，这项工作强调了混合添加剂策略以及固体和溶剂添加剂的合理组在进一步推进有机光伏领域发展中的重要性。
综合形貌分析表明，基于CN-BT的固体-液体混合添加剂的薄膜具有更好的分子堆积以及更理想的相分离，促进了载流子迁移率和电荷分离效率的提高，这有利于相应的OSCs实现更高的JSC和FF。然而，基于CN-BDT的薄膜表现出过度的相聚集，纯相尺寸明显增大，且分子结晶度较低，从而导致了严重的载流子复合。
动力学结果分析发现，所有共混薄膜都具有相似的τ1值（0.8~0.9 ps），表明在给受体界面处都具有快速的电荷转移。基于CN-BT的共混膜具有较快的激子扩散速度（τ2为3.8±0.31 ps）和最慢的电荷复合速率（τ3为3517±185 ps），这有助于实现高效的光生载流子提取和收集。然而，基于CN-BDT的薄膜具有较小的τ3（1969±106 ps），表明其电荷复合速率较高，这应归因于不理想的薄膜形貌特征。
浙师大史柯利副教授、硕士研究生赖静和山东大学夏鑫鑫博士为论文共同第一作者，化学所章津源助理研究员、韩国蔚山国立科学技术院Changduk Yang教授和邱贝贝副教授为论文共同通讯作者，304.cam永利集团为论文第一完成单位。研究成果得到了国家自然科学基金和浙江省自然科学基金经费资助。
邱贝贝副教授，主要从事新型有机半导体材料的设计合成以及光伏器件的性能研究，至今已发表60余篇SCI论文，被引5000余次。自2020年8月加入浙师大以来，以第一/通讯作者（共同）在Adv. Mater., Energy Environ. Sci. Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Sci. China Mater. ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊发表论文十余篇。
编辑：盛灿灿
