主要内容

在体相异质结有机太阳能电池（BHJ - OSCs）领域，精准控制成膜动力学是优化活性层形貌、提升器件效率的核心要素。给体和受体材料在成膜过程中存在复杂的动力学耦合特性，这使得它们难以实现有序且分步的结晶，进而限制了电池性能的进一步提升。在此关键背景下，山东大学国家胶体材料工程技术研究中心的张茂杰教授、国霞教授带领其团队，聚焦这一难题开展深入研究，成功设计并合成了一种新型噻吩衍生物——1,2 - 二([2,3′-联噻吩]-2′-基)乙炔（DBTE），旨在通过精准调控成膜过程中的结晶动力学，突破现有性能瓶颈。

团队运用原位光谱分析技术深入探究DBTE的作用机制，发现其具有独特的双重功效。一方面，DBTE可作为成核剂，有效降低给体材料结晶的能垒，积极促进给体聚集体形成；另一方面，它能充当增塑剂，增加受体材料的链段运动能力，从而有效延缓受体聚集体形成。这一双重作用成功打破了PM6:Y6共混物中原本的共结晶状态，使给体（PM6）能够优先实现有序排列，形成*度有序的结晶区域；而受体（Y6）的生长则受到明显抑制，其结晶过程被有效调控。这种基于动力学解耦的精细调控机制，显著改善了给体相中的分子有序堆积状态，分子排列更加紧密且规则，同时形成了有利于电荷定向传输的垂直组分梯度。得益于这些积极变化，激子解离和电荷传输过程得到极大促进，光电转换效率（PCE）从17.6%大幅提升至18.9%。

值得注意的是，该策略在D18:L8 - BO体系中也得到了有力验证。团队通过系统实验和优化，成功获得了*达20.5%（认证值为20.2%）的优异光电转换效率，充分彰显了该策略在不同材料体系中的普适性和有效性，为*性能有机太阳能电池的研发提供了新的通用策略。

进一步研究表明，本研究引入的具有强自聚集性和*结晶性的噻吩衍生物DBTE（该分子通过炔键巧妙连接联噻吩单元）至非富勒烯基有机太阳能电池（OSCs）中，对调控体相异质结（BHJ）薄膜的结晶动力学发挥了关键作用。掠入射X射线散射、单晶X射线衍射、理论计算及原位光谱分析等一系列**技术手段的结果均表明，DBTE作为一种双功能调节剂，能够*效促进给体/受体分步结晶。它通过与给体和受体分子之间的特定相互作用，增强聚合物给体的分子堆积紧密程度，优化相分离形貌，使给体相和受体相形成适宜的尺寸和分布，并构建出有利于电荷传输的垂直组分梯度。这种**形貌转变不仅进一步促进了激子扩散、电荷产生与传输，还显著减少了电荷复合现象，降低了能量损失。

因此，基于PM6:DBTE:Y6的有机太阳能电池展现出了18.9%的**光电转换效率（PCE），这一数值显著*于未添加DBTE的器件（17.6%），主要得益于开路电压（Voc）、短路电流密度（JSC）和填充因子（FF）的同步提升。同时，**PM6:DBTE:Y6器件的光稳定性也得到了显著增强，估算的T₈₀寿命（即效率降至初始值80%所需时间）*达2600小时，充分证明了该策略在提升器件稳定性方面的**效果。此外，该策略在D18:DBTE:L8 - BO器件中亦得到了成功验证，实现了20.5%（认证值为20.2%）的优异光电转换效率。

综上所述，在张茂杰教授、国霞教授的带领下，本研究提出的引入新型噻吩衍生物分子作为成核剂和增塑剂、精细调控薄膜形成动力学的策略，为优化*性能、*稳定性有机太阳能电池的BHJ形貌提供了创新性的解决方案。这一研究成果不仅在提升电池效率方面取得了显著突破，还在稳定性提升和策略普适性方面展现出巨大优势，有望推动有机太阳能电池技术向实用化迈进。

文献信息

Sequential Crystallization Engineering via a Dual-Functional Thiophene Derivative Boosts Organic Solar Cell Efficiency to 20.5%

Yumiao Huo, Bo Cheng, Lixuan Kan, Xia Guo, Xinxin Xia, Chenyu Han, Shuxuan Ning, Wenwen Hou, Feng Liu, Maojie Zhang

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202514342

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