鑽石舞台

有機光伏技術因其質輕、柔性、可半透明等特性，具備廣泛的功能化應用場景，是實現綠色能源獲取的有效途徑之一。近幾年，隨着光伏材料體系的革新和器件工藝技術的進化，有機光伏的光電轉化效率實現了快速飛躍，邁入到19%以上的階段。優異的性能，得益於器件工作過程中的載流子傳輸與複合的優化調控，而這又源於形貌優化與能損抑制這兩大方面。具備縱向分布趨勢的雙連續互穿網絡結構，是比較理想的形貌特徵；而器件高發光性與低能量無序度是實現能損抑制的關鍵。隨着效率的水漲船高，在形貌優化和能損抑制方面，簡單的二元體系面臨着越來越多的挑戰，為此，引入一個第三組分構築三元器件，成為了調控形貌和降低能損的有效策略之一。特別是針對目前最先進的Y體系受體材料，三元策略大行其道，不斷刷新有機光伏的效率記錄。此外，隨着材料體系的革新和效率水平的提升，三元策略的設計規則和工作機理也隨之更新，需要有一個全新的認識。

鑑於上述背景，浙江大學陳紅征教授課題組系統綜述了近期高效三元有機光伏的研究進展，從形貌、能損和工作機理三個層次，總結分析了相關工作，探討了第三組分在形成類合金相、構築縱向分布、調控發光性、抑制能量無序度和影響工作機制方面的角色，並對未來發展作出了相應的展望。

【圖1】第三組分對不同參數的調控及其對光伏性能的影響圖示

形貌.作者在形貌部分，首先概述了小分子受體之間或聚合物受體之間類合金相的構築情形，以及類合金相的形成對相分離、激子擴散長度等性質的調控，並發現在大部分情形下，類合金相的形成需要材料之間具備良好的相容性，並且基於類合金相的三元器件，可以實現三大器件參數的協同提升。其次，作者分析了三元策略調控活性層縱向分布的相關工作，發現引入相容性差的第三組分和逐步沉積給受體材料均有利於縱向分布的構築，同時縱向分布的形成有利於實現更好的相純度、更長的激子擴散距離、更短的電荷傳輸路徑和更有效的電荷收集，這也便於厚膜器件的製備。

能損.作者在能損部分，分別從器件發光性的調控和能量無序度的抑制兩個角度入手，概述了相應的三元分子匹配策略，發現增強發光性通常會引入更寬帶隙的低能損第三組分，主要包括含茚酮類的不對稱受體、含羅丹寧類的對稱受體、末端共軛拓展或溴代的受體、有聚集誘導發光效應的受體等；而能量無序度的降低要求兩受體之間存在特殊的相互作用，從而降低體系的重組能和Urbach能。如果三元體系在發光性和能量無序度兩方面均得到改善，三元器件有機會實現高於兩個二元體系的電壓，從而實現能損的有效降低。

【圖2】類合金相、多級相、縱向分布相形貌以及能損的相關圖示

工作機理.作者在工作機理部分主要探討了三元體系的一些新認識，包括稀釋效應解釋三元中電壓的線性變化關係，給受體之間作用類型解釋三元中非輻射複合損失的抑制，以及受體複合體之間堆疊強度變化解釋三元中電荷傳輸性質的增強。

最後，作者對三元體系未來研究方向作了相關展望，包括分子級別的三元研究、從純材料熒光產率到器件電致發光效率的改善、三元策略提升穩定性的機制、三元體系在厚膜和大面積模組上的應用等等。

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