南昌大学胡笑添AFM:在非卤素溶剂加工的有机太阳能电池中,通过聚集调控同时提升效率与前驱体墨水的稳定性

前驱体墨水的不稳定性是制约环保非卤素溶剂加工有机太阳能电池（OSCs）规模化制造的主要瓶颈，严重限制了加工窗口和批次重现性。

有鉴于此，南昌大学胡笑添团队提出一种双重功能策略，利用无卤固体添加剂二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]噻吩（DTT），解决了邻二甲苯加工OSCs中的这一挑战在固态下，DTT充当结晶模板，选择性地与受体分子相互作用，优化分子堆积和形貌，使二元和三元器件分别获得了18.50%和20.01%的高光电转换效率。更为关键的是，DTT在溶液态下发挥了动力学稳定剂的作用。机理研究揭示，墨水的不稳定性主要源于受体分子的逐渐聚集。DTT有效延缓了这一随时间发生的粗化过程，从而将前驱体墨水的保质期从5天延长至10天，同时保持了初始器件效率的90%。这项工作不仅揭示了墨水降解的关键根源，还确立了一种实用的范式：即通过单一无卤添加剂，同时实现高器件性能、卓越的墨水稳定性以及可规模化的绿色加工，为OSCs的工业化制造提供了一条可行的途径。

核心机理

第一，文章揭示了非卤素溶剂处理的有机太阳能电池前驱体墨水不稳定的根本原因是受体分子（如BTP-eC9）在储存过程中发生了随时间推移的逐渐聚集和粗化。这种不受控制的聚集导致溶液沉淀、粘度变化，进而造成薄膜形貌恶化和器件性能大幅下降。

第二，引入的无卤固体添加剂DTT在溶液态中充当“动力学稳定剂”。DTT通过与受体分子之间强烈的相互作用（主要是π-π堆积和范德华力），限制了受体分子的迁移，从而有效延缓了溶液中受体聚集体的粗化过程，显著延长了墨水的保质期。

第三，在固态成膜过程中，DTT作为“结晶模板”选择性地在固态下与受体相互作用，优化了受体的分子堆积和结晶度，形成了更有序的热力学稳定结构。即使DTT最终挥发，这种预优化的形貌仍被保留，从而提高了电荷传输效率并抑制了复合，提升了器件的光电转换效率。

创新点

第一，首次明确指出了受体分子的逐渐聚集是导致非卤素溶剂墨水降解的关键因素，并通过原位小角X射线散射（SAXS）等技术定量证实了DTT能有效抑制这一过程，将墨水的保质期从5天延长至10天以上，同时保持90%的初始器件效率。

第二，提出了一种单一无卤添加剂（DTT）的双重功能策略，即同时在溶液态作为动力学稳定剂和在固态作为结晶模板。这种策略不仅解决了绿色溶剂加工中的墨水稳定性瓶颈，还实现了二元和三元器件分别高达18.50%和20.01%的高光电转换效率。

第三，建立了一个实用的范式，证明了完全无卤的添加剂体系可以同时实现高效率、卓越的墨水稳定性和可扩展的绿色加工工艺。这为有机太阳能电池从实验室研发走向工业化卷对卷制造提供了一条可行的途径，解决了环保溶剂加工中重现性差的难题。

相关研究成果以“Boosting Efficiency and Stabilizing the Precursor Ink via Aggregation Regulation in Non-Halogenated Solvent-Processed Organic Solar Cells”为题，发表在国际顶级期刊Advanced Functional Materials上