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港理工李刚Nat. Energy：FF83.2%,PCE 21%的二元OSCs!通过苊调控两步结晶策略实现发表时间：2025-09-29 09:37
主要内容 非富勒烯受体（NFAs）的结晶动力学直接影响有机太阳能电池（OSCs）的活性层形貌与电荷传输特性，进而决定器件的光电转换效率。然而，如何精准调控活性层中给体-受体材料的分子堆积模式，始终是制约OSCs性能突破的关键科学难题。 针对这一挑战，香港理工大学李刚教授团队提出了一种基于结晶调控剂苊（acenaphthene）的两步结晶策略。该策略通过诱导NFAs分子的分步自组装：首先，苊分子通过非共价相互作用固定受体分子的初始堆积构型；随后，在热退火过程中进一步优化晶体框架，最终在活性层中形成长程有序的NFAs纳米晶域。这种高度有序的分子排列构建了多维电荷传输通道，使D18/L8-BO和PM1/L8-BO-X二元体系的电荷迁移率显著提升。实验结果表明，两类器件分别取得了20.9%（认证值20.4%）和21%（认证值20.5%）的光电转换效率，填充因子最高达83.2%（认证值82.2%），创下了二元OSCs的效率新纪录。 为深入揭示其作用机制，团队结合原位吉布斯自由能分析与飞秒瞬态吸收光谱技术，系统研究了结晶动力学过程： 1.溶剂蒸发阶段：苊分子与NFAs形成超分子复合物，在溶剂挥发后数秒内诱导受体分子发生预有序排列； 2.热退火阶段：随着苊分子的热解离，NFAs晶体经历从亚稳态到稳态的相变，最终形成具有明显布拉格衍射特征的单一晶相。 该研究不仅证实了分子堆积模式对OSCs性能的核心影响，更为通过结晶工程实现高效稳定OSCs提供了理论指导与技术范式。其提出的两步结晶策略具有普适性，有望推动新一代光伏技术的产业化进程。
文献信息 Twostep crystallization modulated through acenaphthene enabling 21% binary organic solar cells and 83.2% fill factor Jiehao Fu, Hongxiang Li, Heng Liu, Peihao Huang, Haiyan Chen, Patrick W. K. Fong, Top Archie Dela Peña, Mingjie Li, Xinhui Lu, Pei Cheng, Zeyun Xiao, Shirong Lu & Gang Li https://www.nature.com/articles/s41560-025-01862-1
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