有机光伏四元级联能级多尺度形貌：效率参数协同提升策略

近年来，有机光伏领域由于新型受体材料的开发而迅速发展，器件光电转换效率已经超过17%。由于有机半导体中光生激子的本征物理特性，以及有机半导体薄膜较低的迁移率，本体异质结形貌优化一直是影响器件性能的关键因素。通过合理的形貌设计与电子能级结构调整来提升效率参数，优化光电转换过程，降低能量损耗，并总结适配性光伏薄膜优化方案，对未来新型材料的设计与效率突破具有重要的指导意义。现阶段对于形貌细节的优化已经不能满足于传统上对相分离尺度、相纯度、结晶性等物性的系统调整。进一步提升有机薄膜光伏器件的效率需要从更高的维度去思考问题，即综合调控薄膜的电子结构与形貌结构，支撑高激子生成与解离、高载流子传输、低束缚态密度等基本物性的协同优化。为了解决以上科学问题，项目团队基于高效率PM6:Y6的基础体系，设计出四元共混系统，通过综合考虑材料物性与形貌特点，拆分电子结构优化与形貌优化，实现光伏薄膜品质的协同提升。通过合理的材料选择，加入聚合物给体PM7和富勒烯受体PCBM，改善给受体相纤维形貌的同时，调整共混相电子结构，实现了开路电压（VOC），短路电流（JSC）以及填充因子（FF）的全面提升，该工作以“Single-layered organic photovoltaics with double cascading charge transport pathways: 18% efficiencies”为题发表在Nature Communications上。