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2019-04-16
有机太阳能电池由于可采用低成本的方法制备轻质、柔性的大面积器件，具有广阔的应用前景，受到了广泛的关注。随着新型有机光伏材料的快速发展以及科研人员对于活性层的形貌调控的深入理解，有机太阳能电池的能量转换效率逐步提升。为有机光活性层的形貌调控是提升电池光电转化效率的主要方法之一。近年来，新型非富勒烯受体材料因优异的光伏性能，得到了快速的发展。然而，目前非富勒烯有机太阳能电池的形貌调控主要沿用了在富勒烯电池中常用的方法。其中，采用高沸点溶剂添加剂是最有效的方法之一，但是采用这种方法所制备的电池面临着稳定性和重现性较差的问题。
在中国科学院、国家自然科学基金委和科技部的支持下，中科院化学所高分子物理与化学实验室侯剑辉课题组科研人员针对新型非富勒烯受体材料的结构特点，开创性地设计并合成了一类挥发性固体添加剂，并首次将其应用到非富勒烯有机太阳能电池的活性层优化中，获得了突出的光电转化效率。不仅如此，采用挥发性固体添加剂的光伏器件表现出良好的膜厚耐受性以及稳定性等（Nat. Commun. 2018, 9, 4645）。
最近，科研人员详细地研究了固体添加剂的工作机制以及其挥发性对电池性能的影响。此类固体添加剂可以通过分子间相互作用力巧妙地嵌入非富勒烯受体分子之间从而诱导受体分子有序排列。得益于受体分子更为紧密的堆积结构，活性层的电荷传输性能得到大幅度地提高，使得相应的电池器件表现出优异的光伏性能。另外， 研究人员证明本方法同样适用于目前最高性能的有机光伏电池。这一工作为固体添加剂的设计和发展提供了有益参考，相关研究结果发表在近期的《先进材料》上（Adv. Mater. 2019, doi: 10.1002/adma.201900477）。
图1 挥发性固体添加剂工作机制示意图
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