通过引入第三组份来构筑三元体系活性层，是近年来获得高性能有机太阳能电池的有效途径。然而与二元体系相比，三元体系相组装行为更为复杂，它高度依赖于第三组份的结构和性质，以及它与其他组分的相容性和相互作用。同时，与二元体系相比，三元体系中多相形态的稳定性也是值得关注的一个重要问题。
南昌大学陈义旺研究团队谌烈教授提出了一种低聚物辅助光活性层的新概念，利用低聚物与主体聚合物结构的相似性和性能的互补性来调控活性层性能。合成了PM6主体聚合物的四种低聚物：二聚体DA、三聚体ADA、DAD和四聚体DADA，并作为第三组分加入到活性层中。一方面，低聚物辅助光活性层具有三元体系的特点；另一方面，严格来说，低聚物辅助的光活性层其实是一个准二元体系，因为加入的低聚物与主体聚合物具有相同的结构单元，只是分子量不同。低聚物与其主体聚合物PM6之间的结构相似性可以形成合金单相，不但有效调控主体聚合物的能级并诱导分子有序堆积，而且还可以避免三元体系中第三组分的结构差异造成的许多不利影响。因此，新型低聚物辅助光活性层结合了三元和二元体系的优点，提升了器件的整体性能，包括效率和稳定性。 通过DFT模拟计算与CV测试，都可以看出随着低聚物的结构单元数量减少，HOMO能级逐渐降低，这有助于获得更高的开路电压。另外在加入了低聚物之后薄膜的吸收系数有所增强，促使短路电流提高。从DSC、CV和GIWAXS测试发现，低聚物不但与PM6可以形成合金单相，而且可以诱导PM6结晶性。从GIWAXS测试结果还可以看出，低聚物可以在一定程度上促进PM6与Y6的相溶性，从而获得更有利的激子解离与电荷传输。 添加低聚物ADA后，PM6:Y6、PM6:BTP-eC9和PM6/Y6伪双层的器件效率分别为17.33%、18.32%和17.13%，明显优于未添加的活性层体系。器件性能的提升源于活性层优化的能级、增强的光吸收、优化的活性层、有利的电荷动力学和减少的非辐射能量损失。此外，与对照器件相比，添加ADA低聚物的器件的光稳定性得到了改善。 简而言之，该团队提出了一种新的低聚物辅助法来构建高效稳定的有机太阳电池，并且在基于PM6体系中得到了充分展示。低聚物辅助法对于大多数有机太阳电池来说是一种简便通用的策略，因为它有效地解决了有机太阳电池普遍存在的关键问题。同时，低聚物的设计和合成不需要刻意或巧妙的设计，只是遵循主体聚合物的结构并通过常规偶联方法制备。因此，该方法是一种实现有机太阳电池的整体性能提升的简单而有效的普适性策略。 论文信息 Oligomer-Assisted Photoactive Layers Enable >18 % Efficiency of Organic Solar Cells Yujun Cheng, Prof. Bin Huang, Xuexiang Huang, Lifu Zhang, Seoyoung Kim, Qian Xie, Chao Liu, Thomas Heumüller, Zuoji Liu, Youhui Zhang, Prof. Feiyan Wu, Prof. Changduk Yang, Prof. Christoph J. Brabec, Prof. Yiwang Chen, Prof. Lie Chen 论文的第一作者为南昌大学博士生程毓君，共同第一作者为江西理工大学黄斌副教授，通讯作者为南昌大学谌烈教授。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202200329
