实验室陈军武教授团队：添加剂工程提升介电常数实现厚膜二元有机太阳能电池19.23%认证效率

目前有机太阳电池（OSCs）的效率已经超过了20%，但器件的活性层厚度通常控制在100 nm左右。活性层厚度的增加往往导致效率的显著降低，这主要由于加剧了活性层内部的电荷复合与空间电荷积累。然而，面向产业化的大面积印刷工艺（如卷对卷加工）要求活性层应具备良好的厚膜容忍性。因此，提升OSCs对活性层厚度变化的容忍性，已成为推动其商业化应用的关键挑战。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的陈军武教授课题组利用一种挥发性固体添加剂2,4,6-三溴嘧啶（TBP）可普遍提升有机半导体材料的介电常数（εr），在300 nm膜厚的D18:L8-BO二元OSCs中实现了19.23%的认证效率。该介电常数工程策略为制备高效厚膜OSCs提供了可行路径，并为推动其大规模应用奠定了基础。

多项研究指出，相对介电常数（εr）较高的非富勒烯受体对制备高效厚膜的OSCs有益。然而，介电常数对厚膜OSCs的作用机制尚未完全阐明。本研究引入挥发性固体添加剂2,4,6-三溴嘧啶（TBP），可普遍提升有机半导体材料的介电常数。TBP和活性层材料之间具有较强的结合能，经TBP处理的薄膜展现了更紧密的分子堆积、更长的激子扩散长度、以及更良好的垂直相分离形貌。基于此，电学与形态学的改进共同提升了电荷提取效率并抑制了复合。经TBP处理的300 nm的器件实现了19.23%的认证效率，创下了300 nm厚度下OSCs的最高效率纪录。同时证明了在其他厚膜体系以及刮涂大面积工艺中的广泛适用性，其中刮涂300 nm膜厚二元OSC在4cm2器件面积下实现18.31%效率，刮涂300 nm膜厚OSC组件在16.94cm2组件面积下实现17.35%效率。这项工作表明，简单的添加剂工程提升有机半导体的介电常数，为实现具有膜厚容忍性的OSCs提供了一种新的解决方案，从而推动其大规模应用。

相关研究成果以“ElevatingDielectric Constant via Additive Engineering: Achieving 19.23% CertifiedEfficiency in Thick-Film Binary Organic Solar Cells”为题发表在Joule上，其中通讯作者为陈军武教授、张连杰副教授，第一作者为王新康博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划、广东省基础与应用基础研究重大项目等科研项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102135