近日，沐鸣青年教師崔永傑作為共同第一作者在國際化學領域的頂級期刊Angewandte Chemie International Edition（SCI一區TOP,IF=16.6）合作撰寫並發表了題為“Manipulatingσ-Hole Interactions in Halogenated Additives for High-Performance Organic SolarCells with 19.8% Efficiency”的研究論文，指導的沐鸣24級材料與化工碩士研究生柴照涵參與了該工作，通訊作者為東華大學胡華偉研究員和陳義旺教授，該研究得到了國家自然科學基金青年項目的支持。《德國應用化學》(AngewandteChemie)創刊於1888年🌐👩🏽🎤，是德國化學學會（GDCh）的官方期刊並由Wiley�CVCH出版，是化學研究領域最具影響的頂級學術期刊。
圖文簡介
有機太陽能電池（OSCs）憑借其輕質柔性、可大面積溶液加工及半透明特性，在柔性可穿戴電子🍎、建築光伏一體化等領域展現出獨特優勢。近年來，通過非富勒烯受體材料的創新設計與器件工藝的協同優化🐪，OSCs的光電轉換效率已突破19%，逐步逼近商業化應用臨界值。活性層形貌調控是OSCs研究的核心課題，其給體（D）與受體（A）的納米尺度相分離結構直接影響激子解離效率、電荷傳輸動力學及復合損失程度🕓，進而決定器件性能👃🏿。為實現活性層多尺度結構的精準調控，研究者已建立多維度協同優化策略🕢，包括調控D/A組分比例👒、構建三元共混體系、引入功能化添加劑以及發展溶劑體系調控和動態結晶控製等方法。其中🧊，溶劑添加劑工程因操作簡便且調控效果顯著，被廣泛應用於活性層形貌優化，但其殘留的低揮發性添加劑易引發活性層重結晶，導致器件性能衰退，對工藝重復性和長期穩定性構成挑戰🛂。因此，探索新型揮發性固體添加劑以精準調控活性層形態並提升OSCs性能，成為當前研究的關鍵方向。
基於此，本研究選取了兩種鹵素取代的揮發性固體添加劑1,4-二溴苯（DBB）和1,4-二氟-2,5-二溴苯（DFBB）➰，通過分子表面靜電勢（ESP）分析發現DFBB具有更強的σ-空穴作用位點👨🏼🦳，優先與受體產生相互作用並提升其結晶度。DFBB在成膜後完全揮發，有效平衡給受體結晶差異並形成優化的垂直組分分布👩🏼🔬。共振軟X射線散射（R-SoXS）證實DFBB能提升相純度並將相區尺寸調控至激子擴散距離範圍。基於PM6:L8-BO的器件效率提升至19.2%💁🏽♂️，顯著高於對照組（17.0%）和DBB組（18.2%），且在70°C下展現更優穩定性。DFBB通過強σ-空穴相互作用誘導的多尺度形貌優化有效提升了JSC和FF🧎🏻♂️➡️，該策略在PM6:Y6🪃、PM6:BTP-eC9及D18:L8-BO體系中均獲驗證🏜，其中D18:L8-BO器件創下19.8%的效率紀錄。該工作從電子結構特性與形貌調控機製角度，為開發高效揮發性添加劑提供了理論指導和實驗依據。
圖1.a) PM6和L8-BO的化學結構；b)DBB和DFBB添加劑的計算靜電勢分布及其化學結構；c)不同添加劑處理的PM6的紫外-可見吸收光譜🫲🏽；d)不同添加劑處理的L8-BO的紫外-可見吸收光譜🤷🏿♀️；e)L8-BO與添加劑之間的非共價相互作用的RDG分析🏃🏻➡️；f-j)不同添加劑處理的L8-BO純薄膜的二維廣角X射線衍射圖譜🧎🏻♀️；i)不同添加劑處理的L8-BO純薄膜的CCL直方圖👷♀️。
圖2.a) J-V曲線；b) 效率直方圖；c)不同添加劑處理的PM6:L8-BO的外量子效率（EQE）光譜♌️。ΔEQE= EQE（有添加劑）-CEQE（無添加劑）；d)JSC-Plight和e) VOC-Plight特性🧦，以及f)不同器件的Jph-Veff曲線；g)瞬態光電流衰減曲線；h)瞬態光電壓衰減曲線🧁；i)通過空間電荷限製電流（SCLC）測量的孔和電子遷移率。
圖3.a)（無添加劑）💁🏻、b)DBB和c)DFBB的原位紫外-可見吸收光譜隨時間的演變🏛；d)PM6:L8-BO（無添加劑）、e) PM6:L8-BO（DBB）和f)PM6:L8-BO（DFBB）中受體和供體峰位隨時間的演變；g)不同添加劑處理的PM6:L8-BO中供體PM6和受體L8-BO的結晶時間的原位紫外-可見測試🚨，以及TD/A；h)DFBB添加劑在PM6:L8-BO膜形成過程中的工作機製示意圖🧓🏻。
圖4.a-c) 不同薄膜厚度下的組分比例變化;基於PM6:L8-BO體系的共混薄膜二維掠入射廣角X射線散射圖譜：d)未添加、e)添加DBB、f)添加DFBB;g) 基於PM6:L8-BO體系共混薄膜的線性曲線;h)經不同添加劑處理的共混薄膜二維GIWAXS數據相幹長度統計直方圖;i) 共振軟X射線散射強度分布曲線。
圖5. 不同體系的J-V曲線及對應的EQE曲線
論文鏈接🦣：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202500085