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  江西師范大學陳義旺教授、廖勛凡教授團隊報導了一種有效的器件制備策略，通過調(diào)節(jié)材料的溶解度和結(jié)晶性，使用綠色正交溶劑實現(xiàn)了高效平面異質(zhì)結(jié)器件的成功制備，該結(jié)構(gòu)可以最大程度地減少材料相容性以及制備過程對底層沖刷的影響，具有清晰的D/A接觸界面，并且兩層的獨立處理可提供最佳的自聚集形態(tài)，更有效的電荷傳輸通道以及良好的給受體包裝狀態(tài)，為平面異質(zhì)結(jié)器件的深入研究指出了方向。

  有機太陽電池技術是一種具有巨大研究前景的綠色科技手段，可以有效地將光能轉(zhuǎn)換為電能。由于它具有重量輕，制造成本低，可柔性制備，可印制為彩色模塊，半透明，可大面積制備等優(yōu)點，在科學界引起了廣泛的關注。其中，器件工程是提高有機太陽能電池光伏性能的一條有效途徑。當前廣泛應用的本體異質(zhì)結(jié)（BHJ）結(jié)構(gòu)器件存在著相形貌不穩(wěn)定，材料溶解性限制等問題，近年來新興的準平面異質(zhì)結(jié)（PPHJ）結(jié)構(gòu)的器件同樣被溶劑沖刷損耗以及難以滿足大面積印刷技術的要求等問題所困擾。然而，這些問題可以通過傳統(tǒng)的平面異質(zhì)結(jié)（PHJ）結(jié)構(gòu)的合理應用所解決。在實驗室制備的過程中，由于正交溶劑之間的不相溶性，下層活性層的牢固性更好，在順序旋涂時難以被沖刷，能很好的避免材料損失，此外，在大面積制備有機太陽能電池（OSC）的過程中，卷對卷印刷和噴墨印刷之間的應力方向差異可能會影響聚合物鏈段的分子堆積方向和相分離，這些負面影響也可以通過采用正交溶劑的方法得到緩解，因此PHJ結(jié)構(gòu)也更適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。因此，本文選擇了PM6:BO-4F體系為研究對象，通過將順序旋涂策略和正交溶劑策略相結(jié)合來制備PHJ有機太陽能電池。針對PM6在常用的高沸點溶劑當中具備較好的溶解性，BO-4F在綠色溶劑THF中具備很好的溶解性的特點，首先采用了CB和THF這組正交溶劑制備雙層器件，成功制備出了PCE高達15.6%的PHJ器件。在此基礎上，進一步采用綠色非鹵試劑O-XY處理PM6，由于O-XY與THF之間較大的極性差異，二者依然能夠形成正交溶劑，結(jié)果成功制備出了全綠色溶劑處理的高效PHJ器件，PCE達到了16%，為當前PHJ結(jié)構(gòu)的最高效率。研究結(jié)果證明了PHJ結(jié)構(gòu)的巨大研究潛力，為解決OSC材料相容性，長期穩(wěn)定性問題以及未來商業(yè)化的應用指明了新的研究方向。

圖1. （a）平面異質(zhì)結(jié)二元器件的示意圖，（b）PM6，BO-4F的能級圖以及給受體化學結(jié)構(gòu)，（c）CF，CB和O-XY處理的PM6以及CF和THF處理的BO-4F薄膜的歸一化電子吸收光譜，（d）BHJ，基于CB處理的PHJ與基于O-XY處理的PHJ薄膜的吸光系數(shù)。

圖2. （a）BHJ，基于CB處理的PHJ與基于O-XY處理的PHJ活性層器件在100 mW/cm² 條件下性能最優(yōu)OSC的J-V曲線和（b）EQE光譜圖。（c）PM6薄膜和相應的不同結(jié)構(gòu)的薄膜在560 nm激發(fā)的PL信號。(d)J_sc對不同光強度（P_light）的依賴性（e）V_oc對P_light的依賴性以及（f）相應器件的J_ph-V_eff曲線圖。

圖3. （a-c）BHJ, PHJ (CB)和PHJ (O-XY)混合膜的TOF-SIMS深度圖。

  綜上，該工作選擇了寬帶隙給體PM6和窄帶隙非富勒烯受體BO-4F的高效材料體系配合高效的電子傳輸層來制備PHJ有機太陽能電池。針對PM6在非鹵試劑O-XY具備較好的溶解性，BO-4F在綠色溶劑THF中具備很好的溶解性的特點，且O-XY與THF之間較大的極性差異，二者能夠形成正交溶劑，成功制備出了全綠色溶劑處理的高效PHJ器件，為之后PHJ器件的深入研究工作點燃了希望。

  相關成果以《All-Green Solvent-Processed Planar Heterojunction Organic Solar Cells with Outstanding Power Conversion Efficiency of 16%》為題在國際著名期刊《Advanced Functional Materials》上發(fā)表。本文通訊作者為江西師范大學陳義旺教授和廖勛凡教授，第一作者為碩士生萬繼，共同第一作者為碩士生曾麗。此外，感謝浙江大學朱海明教授、博士生陳增對本工作的幫助。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202107567