学院路皓副教授在国际顶级材料期刊《Advanced Functional Materials》上发表高水平学术论文

我院路皓副教授等人在国际顶级材料期刊《Advanced Functional Materials》（IF:19.924）上发表题为“Green-solvent processed high-performance ternary organic solar cells comprising a highly soluble and fluorescent third component”的论文，该论文第一单位为青岛大学材料科学与工程学院。(DOI: 10.1002/adfm.202301866)

在过去的几年里，有机太阳能电池（OSCs）的性能得到了迅速的提高。现在，最先进的OSCs的活性层通常由宽带隙聚合物给体和低宽带隙小分子受体组成，供体和受体混合活性层的形态必须得到很好的优化。到目前为止，大多数高性能的OSCs是通过对环境有害的卤素溶剂如氯仿、氯苯、1,2-二氯苯等制造的。

精致的双纤维网络形态对于实现高效的电荷载流子传输，从而实现有机太阳能电池的高填充因子是非常重要的。一般来说，要实现双纤维网络形态，聚合物供体和小分子受体的溶解度是关键。聚合物给体被特意设计成平面分子骨架，使得分子间的相互作用很强，并能在活性层中生长出高质量的结晶给体相；而小分子受体不仅被设计成平面分子骨架，而且还有笨重的侧链，使它们在加工溶剂中具有良好的溶解度。根据汉森溶解度参数（HSPs）理论和同类相溶原则，高结晶度聚合物给体在非卤素溶剂（或绿色溶剂）中的溶解度通常有限。因此，使用绿色溶剂制造的OSC由于其溶解度问题，常常导致活性层中的供体和受体材料出现较大的相分离，使器件性能恶化。为了解决这个问题，人们开发了新的分子设计策略，例如，设计有大体积的侧链、无规结构等的聚合物被发现具有略微降低的结晶度，从而抑制了"种子-晶核"行为。从器件优化的角度来看，逐层加工、延迟加工等方法也可以调节混合膜的形态。然而，绿色溶剂处理（GSP）的OSCs的PCEs仍然低于那些用卤素溶剂处理的器件。

与典型的带有卤素取代的末端基团的融合环状电子受体（如Y6、BTP-eC9-4F、L8-BO等）不同，带有两个三维形状的持久性末端基团的小分子受体SM16具有高荧光量子产率、减少分子间相互作用、提高溶解度和中等的结晶度。因此，SM16对于制造绿色溶剂处理的三元OSCs，以改变活性层的形态和减少太阳能电池的能量损失是非常有希望的。另一方面，与二元太阳能电池相比，以SM16为第三种成分的绿色溶剂处理的三元太阳能电池显示出更好的光伏性能。基于D18:BTP-eC9-4F:SM16的三元器件尤其如此，与二元器件（D18:BTP-eC9-4F）相比，其PCE为18.20%，Voc、Jsc和FF值同时得到改善。进一步的研究显示，在D18:BTP-eC9-4F系统中加入SM16可以诱导出双连续的互穿网络，减少能量损失，并抑制太阳能电池中电荷载流子的重组损失。总而言之，我们的工作为制造绿色溶剂加工的高性能OSC提供了有效的策略。