AEM：冷升華‘準固態’添加劑助力有機太陽能電池效率超20%、壽命近500小時

在Y系列有機太陽能電池（OSCs）中，調控活性層在干燥過程中的形貌對于同時實現高效率與高耐久性至關重要。

本文德國埃爾朗根-紐倫堡大學Chao Liu、Christoph J. Brabec和華南理工大學陳軍武等人揭示了三種原位可移除（ISR）的同分異構體添加劑——oDF（液態）、mDF（準固態）和pDF（固態）的物理狀態如何主導二元OSCs的薄膜形成、分子有序化和器件穩定性。其中，準固態mDF作為一種冷升華的瞬態結構劑：它拓寬了早期溶劑移除窗口，同時加速了中間階段結晶，收緊π-π堆積，增大相干長度，并編程出有利的垂直相分離，這些通過原位紫外-可見吸收、掠入射廣角X射線散射和深度分辨光譜得以解析。mDF與L8-BO的相互作用最強，且能完全從薄膜中蒸發，從而最小化非輻射損失并避免殘留添加劑對器件穩定性的不利影響。因此，PM6:L8-BO器件實現了19.28%的光電轉換效率（PCE），并具備提升的載流子遷移率和受抑制的陷阱輔助復合；將mDF應用于D18:L8-BO體系可獲得20.08%的效率。在70°C、1個太陽光照下，mDF將器件運行穩定性提升至T?? = 477小時，顯著優于oDF（58小時）、pDF（279小時）以及無添加劑的對照組（103小時）。

這些結果確立了物理狀態編程的ISR添加劑作為一條通用路徑，可協同優化OSCs的效率與穩定性，并為可擴展、無殘留的形貌控制提供了機理指導。

研究亮點：

1. 提出“準固態”添加劑新策略：首次系統比較了液態(oDF)、準固態(mDF)和固態(pDF)同分異構體添加劑，發現準固態mDF兼具液態添加劑的加工調控能力和固態添加劑的易移除性，作為“冷升華瞬態結構劑”在薄膜干燥中發揮獨特作用。

2. 同時大幅提升效率與穩定性：mDF通過優化結晶動力學、收緊π-π堆積、增大相干長度并編程有利的垂直相分離，將PM6:L8-BO器件效率提升至19.28%（D18:L8-BO體系超20%），并將高溫光照下的運行穩定性（T??）大幅延長至477小時。

3. 揭示普適性作用機理：結合原位光譜、理論計算與深度分析，闡明mDF與受體L8-BO的強相互作用及其完全蒸發特性，是同時實現高效率和低非輻射損失、避免殘留導致性能衰退的關鍵。

Z. Zhang, L. Kong, X. Wang, et al. “ Cold-Sublimating Quasi-Solid Additive Enables High Efficiency and Long Operational Stability Binary Organic Solar Cells.” Advanced Energy Materials (2025): e05276.

https://doi.org/10.1002/aenm.202505276

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