主要内容

减少体异质结（Bulk Heterojunction，BHJ）光活性层的电荷传输不足问题，是实现高效有机太阳能电池（Organic Solar Cells，OSCs）过程中面临的一项关键挑战。由华东师范大学保秦烨教授、广西大学物理科学与工程技术学院阚志鹏教授以及青岛大学刘亚辉教授强强联合所带领的科研团队，针对这一难题展开了深入研究，并成功开发出一种协同调控策略。

在该策略中，团队向由聚合物给体PM6和非富勒烯受体L8 - BO构成的二元体系里，引入了高度结晶的p型有机半导体C8 - BTBT作为固体添加剂。这一创新举措旨在同时改善电荷动力学特性以及光活性层的相形貌。

基于该策略制备的二元有机太阳能电池展现出了优异的性能，其光电转换效率高达20.1%，填充因子（Fill Factor，FF）更是达到了81.9%。值得注意的是，这一填充因子是目前PM6:L8 - BO体系已报道的最高值。

改性后的光活性层之所以具备显著的竞争优势，主要得益于以下几个方面：

其一，其匹配的电子结构有助于在给体:受体异质结界面处实现高效的激子解离；

其二，电荷陷阱密度得到有效降低；

其三，电荷迁移率更加平衡；

其四，电荷复合过程受到明显抑制。

这些优势通过一系列先进的瞬态表征技术和定量理论分析得到了确凿的证实。

此外，经过优化后的微观形貌呈现出均匀的纤维状结构，且具有更好的分散性。这种独特的微观结构显著提升了电池的电学性能。同时，C8 - BTBT在增强给体:受体相容性和改善分子堆积特性方面发挥了关键作用。它所形成的良好纤维状结构促进了电荷动力学特性，进而使器件的整体性能更为优异。

综上所述，该科研团队通过将高度结晶的C8 - BTBT作为固体添加剂引入PM6:L8 - BO共混物中，成功制备出了效率高达20.1%且填充因子极为出色的（达81.9%）二元有机太阳能电池。这一高填充因子刷新了PM6:L8 - BO基二元体系的已报道纪录。器件的卓越性能主要源于改性后的光活性层中匹配的异质结界面电子结构、降低的电荷陷阱密度、更加平衡的电荷迁移率，以及受到抑制的双分子复合和陷阱辅助复合。本研究不仅为解决体异质结电荷传输难题提供了创新思路，更为进一步提升有机太阳能电池性能提供了一种颇具前景的策略，有力推动了新一代有机太阳能电池技术的发展。

文献信息

Boosting Binary Organic Solar Cells Over 20% Efficiency via Synchronous Modulation of Charge Transport and Phase Morphology

Bin Zhao, Lei Zhu, Shaobing Xiong, Jinyang Yu, Xuelin Wang, Jingjing Zhao, Lixing Tan, Jingrong Zhang, Jiancheng Zhong, Lixuan Kan, Xiaoyun Wan, Kai Jiang, Hongxiang Li, Zaifei Ma, Yahui Liu, Haiming Zhu, Zhipeng Kan, Feng Liu, Zhenrong Sun, Junhao Chu, Qinye Bao

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202504947