有機太陽能電池（OSCs）作為新興的光伏技術(shù)，具有柔性、便攜、半透明等優(yōu)勢，在可穿戴電子設(shè)備、光伏建筑一體化等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。近年來，隨著新材料合成、器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面的不斷創(chuàng)新，OSCs的光伏性能發(fā)展迅猛。但受限于有機半導(dǎo)體相對較低的電荷傳輸能力，有機光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）仍有很大的提升空間，而調(diào)控光活性層各組分的聚集行為是進一步提高OSCs性能的關(guān)鍵途徑。已有研究證實在活性層中構(gòu)建納米纖維聚集體是實現(xiàn)高效激子解離和電荷傳輸?shù)挠行侄危缓线m的纖維尺寸會阻礙器件性能的提升。因此，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計或物理方法精確調(diào)控納米纖維的形態(tài)和幾何尺寸，如長度和寬度，仍需深入研究。
圖3 噻吩分子添加劑在D18中的普適性研究。
圖4 分子動力學(xué)模擬和纖維形成機理圖。
采用上述添加劑處理的聚合物作為電子給體，L8-BO為電子受體，結(jié)合逐層涂膜方法制備贗本體異質(zhì)結(jié)有機太陽能電池，發(fā)現(xiàn)器件的激子擴散和解離能力、電荷傳輸和收集效率均有顯著提高，最終在T-2OOD處理的D18/L8-BO p-BHJ OSCs中獲得了20.1%的光電轉(zhuǎn)換效率。
綜上，本工作設(shè)計了一系列具有不同烷基鏈長度的噻吩類分子添加劑，以調(diào)控聚合物給體纖維的幾何形態(tài)。綜合模擬和實驗表征表明，這些添加劑與共軛聚合物的烷基側(cè)鏈相互作用，可以調(diào)節(jié)它們的層間堆積，最終促使PM6和D18中纖維直徑分別從12.6和15.4 nm逐漸增加到21.8和27.6 nm。在本工作中，更寬的纖維直徑（小于30 nm）同時促進了激子解離和電荷傳輸，最終在PM6/L8-BO和D18/L8-BO二元p-BHJ OSCs中實現(xiàn)了最高19.8%和20.1%的PCE。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c15266
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