摘要：有机太阳能电池（OSCs）的能量转换效率超过20%，形貌优化在其中发挥了重要作用。研究者们普遍认为加工溶剂（或溶剂混合物）有助于优化形貌，影响OSC效率。
有机太阳能电池（OSCs）的能量转换效率超过20%，形貌优化在其中发挥了重要作用。研究者们普遍认为加工溶剂（或溶剂混合物）有助于优化形貌，影响OSC效率。
2024年12月4日，瑞典林雪平大学高峰教授、吉林大学王同辉教授、苏州大学李耀文教授在国际顶级期刊Nature Energy发表题为《Equally high efficiencies of organic solar cells processed from different solvents reveal key factors for morphology control》的研究论文，Rui Zhang为论文第一作者，高峰教授、王同辉教授、李耀文教授为论文共同通讯作者。
高峰，瑞典林雪平大学教授。2004年和2007年在南京大学获得学士和硕士学位，2011年剑桥大学卡文迪许实验室获得博士学位。随后加入瑞典林雪平大学。目前在西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心作访问教授。
高峰教授的研究兴趣为可溶液加工的光电器件及机理，主要基于有机和钙钛矿半导体材料。他作为通讯作者在Science、Nature, Nature Materials、Nature Photonics、Nature Energy、 Nature Electronics等杂志发表相关工作。
王同辉，吉林大学材料科学与工程学院教授，国家级青年人才。2006年、2014年在吉林大学获得学士和博士学位。2014-2020年先后在阿卜杜拉国王科技大学、佐治亚理工学院从事博士后研究，2020-2021年在亚利桑那大学作研究科学家，现任职于吉林大学。
王同辉教授的研究方向为有机光伏、催化、计算机模拟。他长期从事有机光伏领域的理论研究工作，发展了紧密结合长程修正密度泛函理论和全原子分子动力学的方法。相关工作以第一/共同第一作者发表在Matter、Nature Communications、AEM、AFM、JACS等期刊上，并受邀在Nat Rev Mater和Trends Chem发表综述文章。
李耀文，苏州大学材料与化学化工学部教授、研究生院副院长，国家杰青，国家优青。2005年、2010年在吉林大学获得学士、博士学位（导师：田文晶教授）。2010年加入苏州大学，期间2011-2014年在中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所从事博士后研究，合作导师：陈立桅研究员；2015-2016年在美国加州大学洛杉矶分校作访问学者。
李耀文教授的研究领域：1. 柔性透明电极开发及柔性光电子器件；2. 有机聚合物、钙钛矿太阳能电池材料及器件；3. 可印刷光伏材料及关键技术。他长期从事可印刷光伏材料及器件（有机、钙钛矿）相关研究，尤其在可印刷太阳能电池材料合成、新型器件结构探索，大面积光伏印刷技术及功能场景应用器件开发等关键制备工艺及机理研究方面取得了一系列研究成果。共发表SCI论文100余篇，被引用1万余次。
在这里，作者开发的OSCs对一系列加工溶剂表现出很强的耐受性，所有器件均实现约19%的高功率转换效率。
通过实验和计算研究溶液状态、成膜动力学和加工薄膜的特性，作者确定了控制形貌的关键因素，即受体的侧链与溶剂之间的相互作用以及供体和受体之间的相互作用。
作者的工作为长期存在的形貌控制问题提供了新的理解，并为实际应用设计OSC材料提供了有效指导，其中大规模加工需要绿色溶剂。
图1：化学结构、不同溶剂中的吸收光谱及Flory-Huggins相互作用参数的分子动力学计算
图2：PM6:BTP-TC8和PM6:BTP-TO2混合溶液中的各组分间的相互作用
图3：通过OEG侧链与溶剂的强相互作用控制的刚性分子构象示意图
图4：从溶液到薄膜的组分沉积动力学及混合薄膜的晶体性能
图5：器件的光伏性能
综上，作者研究了有机太阳能电池（OSCs）的形貌控制，通过开发对加工溶剂具有强耐受性的新型受体材料BTP-TO2，实现了不同溶剂处理下均能保持高效率的OSCs，揭示了形貌控制的关键因素，并为设计实用化的OSC材料提供了有效指导。
研究人员发现了通过增强受体材料侧链与溶剂之间的相互作用以及减弱给体与受体之间的分子间相互作用，可以实现溶剂不敏感的OSC形态，这对于推动使用环境友好型溶剂的高性能OSCs的商业化发展具有重要意义。
这项工作不仅提高了对OSC形貌控制的理解，还为未来有机光伏技术的实际应用和大规模生产提供了新的设计原则和策略。
Zhang, R., Chen, H., Wang, T.et al. Equally high efficiencies of organic solar cells processed from different solvents reveal key factors for morphology control. Nat Energy (2024).
来源：朱老师讲VASP