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  在新能源光伏領域，有機太陽能電池因其具有輕量、低成本、半透明和可大面積柔性制備等特性，一直得到廣泛關注。自2020年以來，基于Y系列非富勒烯受體的單節(jié)有機光伏器件的光電轉換效率相繼超過了18%，使其接近了商業(yè)化應用的標準值。然而，除了致力于獲取更高的器件效率外，現(xiàn)階段有機太陽能電池較差的穩(wěn)定性則是其走向實際應用的另一個重要挑戰(zhàn)。因此，改善器件長期的穩(wěn)定性是目前有機光伏領域中研究的熱點和難點。

  針對提高器件穩(wěn)定性，郝曉濤教授團隊通過使用三元體異質結策略，在高效率的PM6:BTP-4Cl體系中分別引入自穩(wěn)定的小分子給體DRCN5T和聚合物受體PDI-2T構筑了多功能化的給體/受體合金態(tài)，從而抑制了非富勒烯受體BTP-4Cl的動力學擴散和聚集行為。其中受體合金提高了BTP-4Cl分子的構象剛性，抑制了其分子內振動，使高能激發(fā)態(tài)快速馳豫。給體合金則優(yōu)化了PM6聚合物的纖維網(wǎng)狀微結構，使BTP-4Cl受體的動力學擴散和聚集行為變慢。這一策略顯著提高了三元有機太陽能電池長期的穩(wěn)定性。

圖1 (a)所用材料的化學結構。(b)純膜的歸一化紫外-可見光吸收光譜。(c)二元和三元共混膜的歸一化紫外-可見光吸收光譜。(d)二元和三元有機太陽能電池的J-V曲線，(e)PCE分布直方圖，(f)EQE光譜，(g)J_ph-V_eff曲線，(h)載流子遷移率。

  在本工作中，基于課題組光物理的研究特色，由郝曉濤教授帶領的團隊將有機太陽能電池內部潛在的光物理特性與器件性能衰減趨勢進行了定性和定量的關聯(lián)，從較寬時間尺度上揭示了器件的衰減機制，這為進一步加強有機光伏器件的穩(wěn)定性提供了新的思路。

圖2 (a-c)二元PM6:BTP-4Cl、三元PM6:BTP-4Cl:PDI-2T和PM6:DRCN5T:BTP-4Cl共混薄膜隨存儲時間變化的歸一化PL光譜。(d)Spano分子聚集模型。(e)非富勒烯受體分子潛在的聚集行為及其相應的能態(tài)圖。

  此外，該團隊通過將富勒烯衍生物PC₇₁BM引入到PM6:IT4F體系中制備出了兼?zhèn)涓咝耘c穩(wěn)定性的三元非富勒烯有機太陽能電池，并首次探索了其內部激子擴散行為在較寬時間尺度內改善的物理機制。這項研究工作不僅從調控激子擴散角度為進一步加強器件的效率和穩(wěn)定性提出了新的見解與理念，而且為未來有機光伏器件的發(fā)展提供了更多的選擇與可能性。

圖3（a）IT4F薄膜在近紅外波長范圍內的二維瞬態(tài)吸收圖和（b）其在幾個延遲時間下的光譜。（c）IT4F薄膜和IT4F:polystyrene共混膜在960 nm處的強度相關和（d）強度不相關的激子動力學衰減曲線。

  以上相關成果分別發(fā)表在Advanced Functional Materials(Adv. Funct. Mater. 2021, 2100316)和Nano Energy(Nano Energy 2021, 79, 105513)上。兩篇論文第一作者均為山東大學物理學院博士生張康寧，通訊作者為郝曉濤教授，山東大學為第一作者單位和唯一通訊作者單位。

  論文鏈接：

  https://doi.org/10.1002/adfm.202100316

  https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105513