广西大学在双层有机光伏电池研究方面获重要进展

近日，物理科学与工程技术学院阚志鹏教授团队在双层有机光伏电池研究方面取得重要进展，利用共溶剂策略在室温下制备了非富勒烯受体的多晶结构，实现了高效且稳定的双层有机光伏电池的研制。相关成果以Room-Temperature-Modulated Polymorphism of Nonfullerene Acceptors Enable Efficient Bilayer Organic Solar Cells为题发表于能源领域顶级期刊Energy & Environmental Science。该成果第一作者为物理科学与工程技术学院2020级博士研究生赵振民，通讯作者为阚志鹏教授，广西大学为唯一通讯单位。研究得到国家自然科学基金项目、广西自然科学基金项目、广西博士研究生创新计划项目及广西人才计划（“创新人才高地”）支持。

有机光伏电池在推进光伏电池产业化进程中起着重要作用，有助于推动光伏发电多元布局，对助力“碳达峰、碳中和”目标的实现具有重要战略意义。实现非富勒烯受体的多晶结构，以增加非富勒烯受体的结合和聚集对于改善电荷传输特性至关重要，可能会影响有机光伏电池的性能。通常，非富勒烯受体的多晶型是通过约200摄氏度的高温退火诱导的，这些热处理条件往往会对有机光伏电池的活性层形貌产生负面影响。尽管通过引入溶剂添加剂能够降低获得多晶的退火温度，但它仍然远远超出了几乎所有非富勒烯有机光伏电池的最佳处理条件。围绕这一难点，阚志鹏研究团队创新性地使用“共溶剂”策略在室温下制备了非富勒烯受体的多晶，实现了高效且稳定的双层有机光伏电池的研制。

研究团队巧妙地使用不良溶剂与微量高沸点溶剂添加剂的“共溶剂”在室温下调制了具有不同尺寸和形状的多晶结构，克服了高温对有机光伏电池不可控影响的问题，不仅获得了18.63%的光电转换效率，而且在1000h的储存时间后仍然保持了93.3%的初始效率值。研究证实，不良溶剂能够诱导非富勒烯受体的生长，而高沸点的溶剂添加剂能够延长受体的生长时间，在二者的共同作用下，最终实现了具有微米级别的多晶结构，并且通过调控添加剂不同溶解度实现了对多晶的形状和尺寸的控制。同时，研究也通过双层活性层结构证实了溶剂添加剂是通过优化受体的形貌（而不是给体）来实现器件性能上的提升。本研究揭示了不良溶剂与溶剂添加剂的“共溶剂”能够调控受体的多晶结构，对实现研制高效的双层有机光伏电池影响深远。