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  江西師范大學(xué)陳義旺教授、廖勛凡教授團隊報導(dǎo)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(shù)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(xué)界引起了廣泛的關(guān)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(dāng)前廣泛應(yīng)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(zhǔn)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(shù)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(yīng)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(yīng)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(fù)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(dāng)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(dá)15.6%的PHJ器件。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)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(dá)到了16%，為當(dāng)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(yīng)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(xué)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(yīng)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(yīng)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(guān)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(xué)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(xué)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