非富勒烯受體（NFA）的重大進步極大推動了有機太陽能電池（OSCs）領域的發展。目前，基於NFA製備的相關器件效率已經突破了18%。然而，大多數具有高效率的NFA OSCs都是在體積嚴格控制的溶劑新增劑（例如1-氯萘（CN）和1,8-二碘辛烷（DIO））的協助下實現的。事實上，CN和DIO最初是為基於富勒烯的OSCs開發的，這其中給體和受體的相分離行為與非富勒烯型的對應物有一定的差別。此外，這兩種新增劑的殘留揮發性可能會對裝置的穩定性產生負面影響。因此，開發新型NFA OSCs的新增劑用以替代傳統新增劑，同時實現器件的高PCE，高穩定性和實用性具有重要意義。

圖1：DIB對基於PM6:Y6器件效能的影響

鑑於此，中國科學院重慶綠色智慧技術研究院陸仕榮研究員、闞志鵬研究員、肖澤雲研究員，以及香港理工大學李剛教授等人近期報道了一種簡單的固體新增劑1,4-二碘苯（DIB）。研究人員發現，在10-20 mg/mL的寬濃度範圍內，經過DIB處理的基於PM6:Y6最終器件的PCE約為17%。當DIB濃度為15 mg/mL時，PCE達到了最高值為17.36%，這是基於PM6:Y6的二元OSCs的最高效率之一。研究人員推測DIB中的碘原子能與Y6中的氰基相互作用，從而在DIB和Y6之間形成共晶相，因此可以提高器件的最終效能。事實上，與CN和DIO相比，DIB顯著改進了器件的相關引數，填充因子（FF）更是達到78%以上。另一方面，經過DIB處理的基於PM6:Y6體系的厚有源層（300 nm）的器件，PCE達到15.03%，這是當時有源層超過300 nm的OSCs的效率最高值。相關器件也顯示了優異的穩定性，在手套箱中儲存720小時後，效率仍可以保持初始值的95%。

圖2：相關器件的微觀形態與分子堆積

研究人員還將DIB應用到基於PM6:Y6:ICBA的三元體系中，實現了17.72%的PCE。此外，DIB同樣適用於基於BTR-Cl:Y6的全小分子OSC，效率也從13.53%提高到14.32%，這一結果說明了DIB的多功能性。事實上，相應的形態學研究表明Y6和DIB之間可以形成複雜的結構，使得分子堆疊更緊密，分子排列更加有序。研究人員還在二元共混物和超分子體系中觀察到共晶相系統，這些結果意味著這項工作將光活性層的形態與OSCs的效能改進緊密地聯絡了起來。

圖3：共晶相行為及其成因

DIB在較寬濃度範圍內都能夠發揮有效作用，該新增劑的適當揮發度有助於保持器件的優異穩定性。DIB在NFA系統的成功應用為探索更有效的新增劑用於高效OSCs的商業化生產提供了新策略。相關研究成果現已發表在《Nano Energy》上，題為“Eutectic phase behavior induced by a simple additive contributes to efficient organic solar cells”。

文中所涉及材料

PM6（1802013-83-7）

Y6（2304444-49-1）

BTR-Cl（2410661-17-3）

DIB（624-38-4）

文獻直通車：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105862