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  有機(jī)光伏太陽(yáng)能電池由于質(zhì)輕、柔性、可溶液加工等優(yōu)勢(shì)吸引了廣泛關(guān)注。目前，單節(jié)電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)突破18%，器件運(yùn)行穩(wěn)定性也獲得極大提高。有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能不僅依賴(lài)于有機(jī)半導(dǎo)體分子本征的光電性能，更依賴(lài)于半導(dǎo)體分子聚集體所表現(xiàn)出來(lái)的新性能。相同分子的不同聚集體會(huì)表現(xiàn)出截然不同的光電性能，因此深入研究分子聚集體科學(xué)對(duì)制備高效率有機(jī)光電器件意義重大。

  武漢理工大學(xué)王濤課題組長(zhǎng)期致力于分子及微納尺度下有機(jī)光伏太陽(yáng)能電池分子堆疊和聚集的研究，發(fā)展聚集體調(diào)控新策略，研究聚集體結(jié)構(gòu)對(duì)器件光吸收、激子解離和電荷傳輸?shù)裙怆娹D(zhuǎn)換過(guò)程的影響，指導(dǎo)制備高效率電池器件（Joule, 2019, 3, 819; Adv. Mater., 2017, 29, 1601674; Adv. Mater., 2017, 29, 1604044; Adv. Energy Mater., 2021, 11, 2003570; Adv. Funct. Mater., 2021, 31, 2102189; Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1807662; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1704212; ACS Energy Lett., 2019, 4, 2378; Rep. Prog. Phys., 2019, 82, 03661; Appl. Phys. Rev., 2019, 6, 041405; J. Energy Chem., 2021, 54, 131; J. Energy Chem., 2019, 37, 148; Sci. China Chem. 2020, 63, 1461; Sci. China Chem. 2019, 62, 1221;）。

  目前有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備主要依賴(lài)于鹵代溶劑，對(duì)健康和環(huán)境造成巨大威脅，因此擺脫對(duì)鹵化溶劑的依賴(lài)是這類(lèi)器件走向商業(yè)化必須要跨越的障礙。然而有機(jī)光伏材料在無(wú)鹵溶劑中的溶解度有限，器件吸光層組分的分子排列和聚集形態(tài)會(huì)產(chǎn)出顯著的變化，不利于高效率的光電轉(zhuǎn)換過(guò)程，大幅度降低了器件效率和穩(wěn)定性。

  針對(duì)這一難題，近日，武漢理工大學(xué)王濤教授課題組與中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所鄭慶東研究員團(tuán)隊(duì)合作，以PM6:M36光伏電池為研究對(duì)象，通過(guò)熱場(chǎng)誘導(dǎo)聚集策略實(shí)現(xiàn)了高效率器件的無(wú)鹵溶劑制備。研究人員采用無(wú)鹵溶劑(Tol+PN)替代常用的鹵化溶劑（CF+CN），同時(shí)在溶液涂膜的過(guò)程中引入熱場(chǎng)來(lái)調(diào)控溶液成膜過(guò)程中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)吸光層形貌的精細(xì)調(diào)控，避免了大尺寸聚集體的形成，有利于電荷分離和傳輸，最終制備了比鹵代溶劑器件更高的效率，且該策略在二元和三元光伏體系中均適用，為無(wú)鹵溶劑制備高效率有機(jī)太陽(yáng)能器件提供了一個(gè)良好的策略。

圖 1. 熱場(chǎng)誘導(dǎo)聚集策略提升非鹵代溶劑加工有機(jī)太陽(yáng)能器件效率。

圖 2. 基于同步輻射大科學(xué)裝置的掠入角廣角和小角X射線(xiàn)測(cè)試以揭示相關(guān)器件的分子排列和聚集體形貌。

  該工作近期以題為“Hot-Casting Boosts Efficiency of Halogen-Free Solvent Processed Non-Fullerene Organic Solar Cells”的論文發(fā)表在Advanced Functional Materials, 2021, 31, 2105794。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52073221 and 21774097）和中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（WUT: 2021III016JC）的支持，其中同步輻射掠入角廣角和小角X射線(xiàn)測(cè)試得到上海光源的支持。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202105794