随着分子设计和器件工程的创新，有机太阳能电池（OSCs）的光电转换效率（PCE）已经超过了18%。高性能OSCs光活性层中采用体异质结（BHJ）结构，其中给体（D）和受体（A）材料通过混合浇铸（BC）可以形成具有较大D/A界面面积的互穿网络，有助于激子离解。然而，在一步沉积过程中，如何巧妙地平衡两种组分的自聚集性和混溶性是一个挑战，这其中涉及复杂的动力学过程。因此，BC处理的器件光伏性能在很大程度上取决于主溶剂的条件、D/A材料的混合比，加工添加剂以及后处理。因此，一定程度上很难控制薄膜的形态，尤其是BC薄膜垂直方向上的D/A分布，而这与电荷的传输和收集密切相关。

        为了有效地调整垂直相分布，将D和A材料按顺序沉积（SD）方法视为BC工艺的替代方法。由于D和A的沉积可以独立进行，形成有利的垂直相分布和改进的薄膜形态，从而提供足够的D/A界面面积和电荷载流子的直接传输路径。因此，SD膜的最佳垂直形态可以减少能量损失，提供优异的电荷传输和提取，进而获得理想的开路电压（VOC）、短路电流密度（JSC）和填充因子（FF），最终提高器件性能。

图1.材料结构与基本性质

  有鉴于此，近日，中国科学院大学黄辉教授、张昕副教授研究团队通过两步SD处理构建了基于D18和L8-BO的高性能二元光伏器件。在调整每种薄膜沉积的旋涂速度后，SD薄膜表现出优先的垂直相分离和良好控制的D/A薄膜形态。因此，最佳器件的PCE为19.05%（认证效率为18.9%），是目前二元单结OSCs的最高效率。机理研究表明，这种处理方法有效地调节了活性层的垂直成分分布，使其具有更高的结晶度、有效的激子分裂、低能量损耗和平衡的电荷传输，有利于器件的VOC、JSC和FF。令人印象深刻的是，这种垂直成分分布调控策略在提高OSCs光伏性能方面表现出了极好的通用性。

图2.器件结构与薄膜成分分布

图3.瞬态吸收光谱以及空穴传输过程

  综上，该工作工作提出了一种简单而有效的策略，通过调控活性层的垂直成分分布来提高OSCs的光伏性能。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Materials》上，题为“Binary Organic Solar Cells Breaking 19% via Manipulating Vertical Component Distribution”。

本文关键词：有机太阳能电池，二元器件，顺序沉积，垂直成分。