AFM: 利用聚合物添加剂调控分子取向,实现效率达20.2%的双层有机太阳能电池

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在有机太阳能电池中，将分子堆积从边缘取向调控至更优的面取向有利于改善垂直电荷传输和光伏性能。然而，由于加工条件复杂，实现这一结构转变的精确控制仍面临重大挑战。

本研究广西大学Zhipeng Kan和清华大学Safakath Karuthedath等人通过引入微量聚合物给体PTO2作为添加剂，有效诱导受体相形成优先的面取向分子排列。该策略提高了激子解离效率、改善了载流子提取、降低了陷阱密度，从而使得填充因子(FF)接近80%，最终实现了20.2%的光电转换效率(PCE)，这是目前报道的双层有机太阳能电池中的最高效率。值得注意的是，PTO2驱动的分子取向策略在多种给体‑受体体系中均保持一致的调控效果，显示出其广泛适用性。

该方法为有效调控非富勒烯受体分子取向提供了全面见解，为高性能双层有机太阳能电池的实现铺平了道路。

研究亮点：

分子取向精准调控：通过引入聚合物给体PTO2作为添加剂，成功将受体L8‑BO的分子堆积从边缘取向转变为有利于垂直电荷传输的面取向，显著提升电荷传输效率。

创纪录电池效率：在PM6/L8‑BO双层器件中，优化后的PCE达到20.2%，填充因子接近80%，是目前双层有机太阳能电池的最高效率。

策略具备普适性：该分子取向调控策略在多种给体‑受体体系(如PM6/ITIC、PM6/ITIC‑2F等)中均有效，展现出良好的通用性与应用潜力。

Z. Zhao, S. Chung, J. Zhong, et al. “ Tailoring Molecular Orientation with a Polymer Additive Enables Bilayer Organic Solar Cells with 20.2% Efficiency.” Adv. Funct. Mater. (2025): e23848.

https://doi.org/10.1002/adfm.202523848