在分子设计和器件工程的共同努力下，有机太阳能电池（OSC）的能量转化效率（PCE）急剧攀升。然而在目前的高效率下，实现OSC高通量的商业化生产仍存在挑战。目前的高效率器件的活性层厚度均在100-120 nm的范围内，这将导致入射光子通量的利用不足。此外，在商业化生产中，获得无缺陷、均匀的薄膜存在困难，活性层的厚度通常可以达到数百纳米。因此，开发高效的厚膜有机太阳能电池对实现OSC从实验室到商业化生产至关重要。本篇观点选用含有S···F构象锁的寡聚受体材料DY-TF作为第三组份制备了高性能的厚膜器件。DY-TF的引入，促进了三元体系中电荷的产生与传输，抑制了电荷复合，进而有利于光伏性能的提升。基于PM6:L8-BO:DY-TF的厚膜（300 nm）器件，获得了18.23%的PCE（认证效率为17.8%），这是迄今为止报道的300 nm厚膜OSC的最高效率。这项工作获得了膜厚容忍度较高的OSC器件，预示着OSC的商业化生产将有一个更光明的未来。

近日，课题组在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Over 18% Efficiency Ternary Organic Solar Cells with 300 nm Thick Active Layer Enabled by An Oligomeric Acceptor”的观点文章。该观点文章以寡聚受体材料作为第三组份，制备了高性能的厚膜有机太阳能电池，获得了18.23%（300 nm）的能量转化效率，并对器件内部的电荷产生、传输、复合过程进行了系统研究。

图1.高性能厚膜有机太阳能电池采用的分子结构、吸收、能级及器件性能等。

要点一：器件性能

寡聚受体材料DY-TF具有良好的平面结构和较高的玻璃化转变温度（T_g=231℃）。以其作为第三组份制备的薄膜（110 nm）有机太阳能电池（PM6:L8-BO:DY-TF）获得了19.13%的能量转化效率，其开路电压为0.905 V，短路电流为26.93 mA•cm^-2，填充因子为78.50%；相应的厚膜（300 nm）OSC的PCE 为18.23%（认证效率为17.8%），其开路电压为0.884 V，短路电流为27.80 mA•cm^-2，填充因子为74.18%，这是迄今为止报道的厚膜OSC的最高效率；相应的大面积（1cm²）和刮刀（DB）涂覆的厚膜（300 nm）OSC分别获得了15.49%和17.38%的PCE，这分别是大面积和DB处理的厚膜OSC的最高效率值。DY-TF的引入有利于促进三元薄膜内部的电荷产生与传输，抑制电荷复合，进而获得优良的光伏性能。

要点二：形貌研究

由原子力显微镜分析得，随着DY-TF的加入，三元共混薄膜表现出明显的纳米纤维网络结构，有利于有效的激子解离和电荷传输。L8-BO和DY-TF具有相似的骨架结构、使其具有良好的互溶性。由广角x射线衍射（GIWAXS）分析得，三元混合薄膜的层状堆积峰是相干常数（CCL）从86.071Å提高到88.123Å，π-π堆积峰CCL值从21.518Å增加到23.015Å。三元共混物中优良的分子结晶度，有助于厚膜OSC内部的电荷传输。

要点三：理论计算

此外，为了进一步研究DY-TF的添加对活性层的影响，我们进行了分子动力学（MD）模拟。结果表明，在PM6:L8-BO膜中添加DY-TF后，PM6和L8-BO之间的质心（COM）距离减小，从PM6:L8-BO膜中的约2.10nm减小到PM6:L8-BO:DY-TF膜中的1.16nm，说明PM6:L8-BO:DY-TF膜的分子堆叠比PM6:L8-BO薄膜的分子堆叠更紧密。由模型中心相对位置的质量密度结果得，添加DY-TF后，三元薄膜的质量密度的波动相对较小，表明三元薄膜比主体二元薄膜（PM6:L8-BO）具有更均匀的密度分布。三元薄膜的紧密堆叠和均匀的密度分布有利于电荷传输行为。

要点四：前瞻

当前有机太阳能电池的性能不断提高，厚膜器件也获得了可观的光伏性能，但是厚膜有机太阳能电池的长期稳定性仍然存在问题。由于材料本身和薄膜形貌对光、热、空气较为敏感，所以有机太阳能电池的商业化应用仍具有挑战。进一步发展新型材料体系，或者开发新型器件结构，是获得高稳定性厚膜有机太阳能电池的可行策略。

“Over 18% Efficiency Ternary Organic Solar Cells with 300 nm Thick Active Layer Enabled by An Oligomeric Acceptor”

Link：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304225