昌大陈义旺Nat. Commun.：通过增强拉普拉斯压力梯度实现高性能大面积有机光伏器件的可持续环保印刷

主要内容

在绿色印刷工艺领域，咖啡环效应一直是制约有机光伏器件实现规模化制造与实际应用的关键瓶颈。南昌大学陈义旺教授和胡笑添教授带领其团队，针对这一问题展开了深入探索。团队引入了一种含氟流变调节剂——1H,1H,10H,10H - 全氟 - 1,10 - 癸二醇（简称FDDO），用于精准调控活性层溶液的流变特性以及印刷过程中气/液受限区的形态。

该流变调节剂沿印刷方向所产生的拉普拉斯压力梯度，能够显著抑制咖啡环效应，进而有助于形成高度均匀的大面积活性层薄膜。研究团队对气/液受限区进行了定性与定量分析，深入剖析了拉普拉斯压力梯度的作用机制。同时，借助流变调节剂对印刷流体动力学的有效调控，成功获得了具有高结晶度和适度相分离的清晰纤维网络状活性层形貌。

基于此，基于PM6:BTP - eC9:L8 - BO（邻二甲苯）体系的小面积（0.04 cm²）器件实现了20.49%的光电转换效率。尤为重要的是，规模化组件（16.94 cm²）获得了17.85%的高效率，且效率保持率高达87.1%，充分彰显了该策略在规模化生产中的显著潜力，有效拓宽了大规模有机光伏器件绿色印刷的工艺窗口和应用范畴。

在刮刀涂布工艺方面，陈义旺教授和胡笑添教授团队通过掺杂流变调节剂FDDO，对活性层溶液内部的流体行为进行了优化，从而获得了具有增强面朝上取向（face - on orientation）和高结晶度的大面积均匀薄膜。从印刷流体力学的视角来看，与对照溶液相比，经FDDO优化的溶液沿印刷方向的拉普拉斯压力梯度增大了4.8倍，这直接抑制了溶质向边缘的移动。减少向三相线移动的小分子数量，有利于抑制咖啡环效应（CRE）。此外，溶液内部增强的驱动力以及印刷后经FDDO优化的气/液受限区内增强的垂直方向分力，共同推动了聚合物的结晶。FDDO的引入还增强了PM6的结晶度和面朝上取向，有利于形成高纯度结晶相和适宜的相分离，进而促进激子解离和电荷传输。因此，拉普拉斯压力梯度的作用有效抑制了活性层成分的不均匀分布，为制备高质量的大面积活性层薄膜提供了有力保障。

另外，基于PM6:BTP - eC9体系，当器件面积从0.04 cm²扩大至16.94 cm²时，有机太阳能电池（OSCs）的光电转换效率（PCE）从18.66%下降到16.55%，但仍保持高达88.7%的PCE保持率。该策略在PM6:BTP - eC9:L8 - BO体系中的成功应用，进一步验证了其普适性。经FDDO优化的小面积（0.04 cm²）、大面积（1 cm²）器件和组件（25 cm²）分别实现了20.49%、19.32%和17.85%的**PCE。由于FDDO与活性层中的光伏材料无相互作用，且可被乙醇完全洗脱，因此它在多种不同的活性层溶液中均表现出良好的性能，其普适性也通过在多种体系中的成功应用得到了充分证实。

在**功率点（MPP）测试条件下，经FDDO优化的器件展现出优异的光稳定性，实现了986小时的T₈₀寿命。同时，该器件在85℃和85%相对湿度（RH%）条件下连续老化20天后，仍能保持近60%的初始效率。本研究所提出的策略旨在通过调节印刷过程中的流变行为来改善活性层的薄膜均匀性，该方法有望为大面积有机光伏器件的工业化生产拓宽工艺窗口，推动有机光伏技术迈向新的发展阶段。

文献信息

Sustainable eco-friendly printing of high-performance large-area organic photovoltaics via enhanced Laplace pressure gradient

Siqi Liu, Hanlin Wang, Yongting Cui, Shumin Zeng, Chunlong Sun, Haojie Li, Hongxiang Li, Long Ye, Hao Yuan, Haiming Zhu, Jinyang Yu, Hongzheng Chen, Xiaotian Hu & Yiwang Chen

https://www.nature.com/articles/s41467-025-63530-y

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