中南大学张霖&南昌大学胡笑添&香港科技大学(广州)章勇最新AFM:通过聚集调控提升非卤溶剂加工有机太阳电池的效率和稳定前驱体墨水

  活性层形貌的精确调控是实现有机太阳能电池（OSCs）产业化应用的关键前提。然而，在非卤代绿色溶剂加工体系中，前驱体墨水的不稳定性已成为制约器件性能与批量化制备的主要瓶颈，其根源在于受体分子在存储过程中的逐步聚集与粗化。针对这一挑战，中南大学张霖&南昌大学胡笑添&香港科技大学（广州）章勇在《Advanced Functional Materials》期刊发表研究论文，题为“Boosting Efficiency and Stabilizing the Precursor Ink via Aggregation Regulation in Non-Halogenated Solvent-Processed Organic Solar Cells”。该工作首次揭示受体分子聚集是导致墨水降解的核心机制，并提出一种基于卤素-free固体添加剂DTT（dithieno[3,2-b:2′,3′-d]thiophene）的双功能调控策略，实现对活性层形貌与前驱体稳定性的协同优化。DTT在固态过程中作为结晶模板，通过与受体BTP-eC9的选择性相互作用，优化分子堆积与相分离形貌，最终在PM6:BTP-eC9二元体系中实现18.50%的光电转换效率，在PM6:BTP-eC9:L8-BO三元体系中进一步提升至20.01%。更为关键的是，DTT在溶液态中作为动力学稳定剂，通过π-π相互作用有效抑制受体分子的聚集粗化行为。小角X射线散射（SAXS）研究表明，DTT显著延缓了BTP-eC9聚集体尺寸的增长，将前驱体墨水的有效期从5天延长至10天以上，且器件效率仍保持初始值的90%。掠入射广角X射线散射（GIWAXS）、瞬态吸收光谱（TA）及原子力显微镜（AFM）等表征进一步证实，DTT在抑制溶液老化过程中维持了活性层的有序堆积结构与优化形貌。该研究不仅系统阐明了非卤代溶剂体系中墨水降解的微观机制，更提出了一种兼具形貌优化与溶液稳定的双功能添加剂策略，为高效、稳定、可规模化加工的绿色有机太阳能电池提供了新的技术路径，对推动有机光伏技术的产业化进程具有重要意义。

创新点：

1.揭示受体聚集是墨水降解的核心机制，提出双功能添加剂调控策略：首次明确非卤代溶剂加工体系中，前驱体墨水不稳定的主导因素为受体分子的逐步聚集与粗化。基于此机制，引入卤素-free固体添加剂DTT，其在固态中作为结晶模板优化活性层形貌，在溶液态中作为动力学稳定剂抑制受体聚集，实现对器性能与加工稳定性的协同提升，为绿色溶剂加工体系提供了新的稳定性调控思路。

2.实现高效、稳定与绿色加工的协同统一：在o-xylene非卤代溶剂体系中，DTT添加剂使PM6:BTP-eC9二元器件效率提升至18.50%，三元器件达20.01%。同时，墨水有效期从5天延长至10天以上，保持90%初始效率。该策略在氯仿（CF）体系中同样验证有效，展现出良好的溶剂普适性，为高效、稳定、可规模化制备的绿色有机太阳能电池提供了通用解决方案。

未来展望：

1.拓展策略至更广泛的材料体系，构建分子结构-聚集行为-墨水稳定性关联数据库：当前研究已在PM6:BTP-eC9体系中验证了DTT双功能调控策略的有效性，未来可进一步拓展至其他高性能给体/受体体系（如D18、L8-BO系列、新型Y系列衍生物等），系统研究添加剂分子结构与受体相互作用机制、聚集抑制能力与墨水稳定性之间的关系，构建“分子结构-聚集行为-稳定性”关联数据库，为高效、绿色、可控制备的有机太阳能电池提供理论指导与材料平台。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202532165