廣西大學在雙層有機光伏電池研究方面獲重要進展

近日，物理科學與工程技術學院闞志鵬教授團隊在雙層有機光伏電池研究方面取得重要進展，利用共溶劑策略在室溫下制備了非富勒烯受體的多晶結構，實現了高效且穩定的雙層有機光伏電池的研制。相關成果以Room-Temperature-Modulated Polymorphism of Nonfullerene Acceptors Enable Efficient Bilayer Organic Solar Cells為題發表于能源領域頂級期刊Energy & Environmental Science。該成果第一作者為物理科學與工程技術學院2020級博士研究生趙振民，通訊作者為闞志鵬教授，廣西大學為唯一通訊單位。研究得到國家自然科學基金項目、廣西自然科學基金項目、廣西博士研究生創新計劃項目及廣西人才計劃（“創新人才高地”）支持。

有機光伏電池在推進光伏電池產業化進程中起著重要作用，有助于推動光伏發電多元布局，對助力“碳達峰、碳中和”目標的實現具有重要戰略意義。實現非富勒烯受體的多晶結構，以增加非富勒烯受體的結合和聚集對于改善電荷傳輸特性至關重要，可能會影響有機光伏電池的性能。通常，非富勒烯受體的多晶型是通過約200攝氏度的高溫退火誘導的，這些熱處理條件往往會對有機光伏電池的活性層形貌產生負面影響。盡管通過引入溶劑添加劑能夠降低獲得多晶的退火溫度，但它仍然遠遠超出了幾乎所有非富勒烯有機光伏電池的最佳處理條件。圍繞這一難點，闞志鵬研究團隊創新性地使用“共溶劑”策略在室溫下制備了非富勒烯受體的多晶，實現了高效且穩定的雙層有機光伏電池的研制。

研究團隊巧妙地使用不良溶劑與微量高沸點溶劑添加劑的“共溶劑”在室溫下調制了具有不同尺寸和形狀的多晶結構，克服了高溫對有機光伏電池不可控影響的問題，不僅獲得了18.63%的光電轉換效率，而且在1000h的儲存時間后仍然保持了93.3%的初始效率值。研究證實，不良溶劑能夠誘導非富勒烯受體的生長，而高沸點的溶劑添加劑能夠延長受體的生長時間，在二者的共同作用下，最終實現了具有微米級別的多晶結構，并且通過調控添加劑不同溶解度實現了對多晶的形狀和尺寸的控制。同時，研究也通過雙層活性層結構證實了溶劑添加劑是通過優化受體的形貌（而不是給體）來實現器件性能上的提升。本研究揭示了不良溶劑與溶劑添加劑的“共溶劑”能夠調控受體的多晶結構，對實現研制高效的雙層有機光伏電池影響深遠。