南昌大学陈义旺团队：稳定钙钛矿溶液，提升钙钛矿太阳能电池性能

香港理工大学 Prof.李刚团队在《Advanced Functional Materials》中发表了一项研究结果。混合供体/受体材料。关于非共轭环受体有机太阳能电池（OSCs）的深入研究，研究人员通过在受体前体中加入20 wt%的PTQ10聚合物供体，将器件的功率转换效率（PCE）从15.11%提升至16.03%。然而，使用相同比例的PM6却导致效率显著下降，表明在考虑垂直分布时热力学因素的重要性。通过将活性层材料更换为PBQx-TF/TBT-26和PTQ11，并使用相同的加工策略，研究人员实现了非共轭环受体系统17.21%的效率，达到了前沿水平。研究还深入理解了活性层的垂直形态，并突出了器件工程和太阳能电池性能的吸引力。 研究结果显示，PTQ10的加入增加了额外的电荷生成界面，并抑制了双分子复合反应，而PM6由于其较高的表面张力导致了不利的垂直相分离。光物理实验表明，PTQ10的加入能够增强极化子的生成和空穴传输过程，同时抑制自由电荷载流子的复合。进一步的形态学表征和光电特性分析揭示了PTQ10和PM6对A4T-16结晶的不同调节作用，以及它们对器件性能的影响。 总结来，这项研究提出了一种有效的策略来优化非共轭环受体OSCs的性能，并展示了一种提高PCE的方法，并探讨了提高功率转换效率的方法，这为相关领域的发展提供了有益的参考。

钙钛矿太阳能电池（PSCs）因低成本、高PCE和低温制造等优势成为光伏研究焦点。近期PCE已超26%，展现商业化潜力。倒置钙钛矿太阳能电池PSCs因成本效益高、适用于大规模印刷而受青睐。其中，电子传输材料（ETM）在电子收集、缺陷缓解和保护钙钛矿层方面至关重要。倒置钙钛矿太阳能电池PSCs中常用的ETL材料C60需要耗时昂贵的热蒸发沉积，不利于大规模生产。为解决此问题，我们设计了创新的溶液可加工ETM，将非富勒烯受体片段嫁接到C60上。BTPC60表现出优异的溶液加工性能和分子堆栈，形成高电子迁移率的均匀有序薄膜。 于2024年9月11日 Angewandte(DOI: 10.1002/anie.202412819)，由香港城市大学朱宗龙等团队发表中，介绍了新型溶液可加工电子传输材料BTPC60，由C60和非富勒烯受体片段组成。BTPC60具有优异的溶液加工性和有序分子堆栈，形成高电子迁移率薄膜。应用于倒置钙钛矿太阳能电池（PSCs）时，BTPC60提高了电子提取效率并抑制非辐射复合。 基于BTPC60的钙钛矿太阳能电池PSCs实现了25.3%的功率转换效率（PCE），在85℃下1500小时老化后仍保持90%初始值。BTPC60的电子传输层（ETL）具有优异的厚度容忍度，200 nm厚度下仍维持高PCE。

有机光伏（OPV）电池因其轻薄柔性、可印刷等优势，被视为具潜力的下一代可再生能源技术。然而，效率和稳定性不足一直制约着OPV的商业化应用。 中科院侯剑辉团队发表在期刊《Advanced Energy Materials》(29 Mar.Doi:10.1002/aenm.202303605)上的研究成果显示，通过在非富勒烯受体材料中引入吡咯环，可以显着提升有机光伏（OPV）电池在室内光照下的发电性能。研究团队设计合成了两种新型材料FICC-EH和FICC-BO，并发现它们在有机发光二极管（OLED）中展现出优异的量子效率，其中FICC-BO基OLED器件的量子效率更是高达0.1%，这在OPV材料中属于相当亮眼的成绩。更重要的是，基于FICC-BO的OPV电池在室内1000 lux LED光照下实现了25.4%的功率转换效率（PCE），远高于标准光照（AM1.5G）下的12.0% PCE，充分展现了吡咯环在提升室内OPV电池性能方面的巨大潜力。

分子间距是决定有机物质光电性能的关键因素。传统有机发光分子通常以聚集体形式存在或作为单个分子分散在外部基质中。近几十年来，这些分子在发光二极管、激光器和量子技术等多种应用中引起了广泛的研究兴趣。然而，对于这些分子在聚集和分散状态之间的行为特性仍存在认知空白。 最新一期Nature 由普渡大学窦乐天团队提出了一种在二维混合钙钛矿超晶格中形成的新型分子聚集相，其分子间距接近平衡距离，並将其命名为类单分子聚集体（SMA）。通过构建二维超晶格，有机发射体被维持在相对接近的位置，惊讶的发现，它们在电子上仍然保持独立，从而实现了接近单分子的光致发光量子产率。此外，钙钛矿超晶格中的发射体呈现出强烈的定向排列和密集堆积，类似于聚集体，这导致了显着的定向发射、增强的辐射复合和高效的激光输出。 大量研究集中于有机基团的引入如何提高无机层的发光效率、电荷传输能力和稳定性，这已在高性能钙钛矿电子和光电器件方面取得了重大突破。然而，利用无机子晶格来调控有机分子的分子间相互作用、分子排列和发射特性的研究仍然较为有限。自1990年代末以来，一些研究小组报道了有机半导体-钙钛矿超晶格的形成，并确认发射物种可以是有机染料。然而，可以纳入分层钙钛矿的有机分子发射体系范围相对有限，它们的PLQY通常较低（通常低于10%）。 研究团队展示了一种新型分子聚集相_SMA，通过将2D无机子晶格与经过精心设计的有机染料相结合，在接近平衡状态下实现。在这种混合超晶格中，有机发射体的行为与单个分子非常相似，表现为相似的发射波长和寿命，以及接近1的PLQY。理论和实验研究强调了有机发射体骨架二面角在维持这种单分子行为中的关键作用。