颜河&李刚等EES:高效有机太阳能电池三元策略和共溶剂效应的原位与非原位研究

发表时间：2022-04-24 09:18作者：知研光电材料

导语：研究人员通过将BN-T作为第三组分引入到两种先进的二元共混体系PM6:eC11和PM6:eC9之中，不仅制备了高效的三元有机太阳能电池，还系统地对共混物的形貌学进行原位与非原位研究。颜河&李刚等EES:高效有机太阳能电池三元策略和共溶剂效应的原位与非原位研究

更多光电前沿资讯和材料，可关注微信公众号“有机光电前沿”与“知研光电材料”。文中所涉及众多材料知研均有销售，详情请联系客服。

文献直通车请点击左下方链接。如需文献PDF，可直接联系知研客服获取。

In-situ and Ex-situ Investigations on Ternary Strategy and Co-solvents Effects towards High-Efficiency Organic Solar Cells

1.前言回顾

由于新材料和形态优化策略的成功，溶液处理的体异质结有机太阳能电池（OSCs）现已获得了超过18%的光电转换效率（PCE）。此外，对器件薄膜形态的更好理解和更合理的优化有利于进一步提高效率。迄今为止，研究人员已经开发出数百种具有良好初始性能的光活性材料，而器件工程对于释放这些材料的潜力以达到理想的形貌和效率至关重要。

在器件工程中，三元策略是近年来最热门的话题，追求三元体系中良好的形态演变可以获得更加优异的器件性能。然而，大多数关于高性能三元体系的研究主要集中在通过非原位表征活性层中三组分之间的相互作用。在这些研究中，材料-共溶剂相互作用对薄膜形成的可能影响并不清晰可见。为了充分理解三元共混膜的形成，必须进行原位观察，而原位GIWAXS/GISAXS这样的同步辐射束线装置并不容易获得。除了对二元薄膜形态进行全面的研究外，原位表征还可以对三元薄膜提供更多的见解。

2.文献简介

有鉴于此，近日，香港科技大学颜河教授团队与香港理工大学李刚教授团队展开合作，通过将BN-T作为第三组分引入到两种先进的二元共混体系PM6:eC11和PM6:eC9之中。其中，两种体系由不同共溶剂制备而成，前者为邻二甲苯（XY）和1-苯基萘（PN），后者为氯苯（CB）和1,8-二碘辛烷（DIO）。事实上，BN-T已被证明为是一种膜内无定形的聚合物受体（对结晶度或相分离没有独立贡献），并且BN-T能够有效提升基于PM6:PY-IT器件的性能，而PY-IT是一种BTP为核心的聚合小分子，因此，研究人员认为BN-T也能与PM6:eC11和PM6:eC9协同工作，事实也的确如此。

研究结果显示，基于PM6:eC11:BN-T三元器件的PCE从二元器件的17.15%提高到了18.10%，这在非卤化溶剂和非卤化溶剂添加剂处理的OSCs中是最高值。同时，基于PM6:eC9:BN-T的三元器件PCE为18.49%（二元对照器件为17.75%），并且通过相应界面工程可以提高至18.96%。研究人员进一步探究了共混物形态学，从而发现，由于结晶度和相分离问题，这两种三元共混物采取了不同的形态变化途径。混溶性分析可以解释基于eC9三元体系的变化，但不能解释基于eC11三元体系的变化，这表明形态形成是由一个单独的因素引起的。根据时间分辨反射的测量结果，在BN-T浇铸过程中保留了更多的PN，从而促进了eC11的聚集，并扩大了其畴尺寸。另一方面，相比之下，BN-T的加入并没有影响薄膜中DIO的含量，导致基于eC9体系的分离形态较少，这与混溶性预测结果相一致。

3.文献总结

综上，该工作使用三元策略来设计高性能OSCs，不仅提供了深入的形态学理解，同时也为研究三元体系的工作机理提供了新的指导。相关研究成果最新发表于国际顶级能源期刊《Energy & Environmental Science》上，题为“In-situ and Ex-situ Investigations on Ternary Strategy and Co-solvents Effects towards High-Efficiency Organic Solar Cells”。

本文关键词：有机太阳能电池，三元器件，形态学研究，混溶性，时间分辨。

4.材料推荐