实验室陈军武教授团队：硅氧烷修饰的卤代噻吩添加剂构筑纤维状活性层实现有机太阳能电池空气加工高性能

有机太阳能电池（OSCs）的功率转换效率（PCE）目前已突破20%，显示出巨大的商业化潜力。然而，当前性能最优的器件通常需要在惰性气氛（如氮气手套箱）中制备，这导致实验室研究成果与空气环境下大规模生产之间存在显著差距。尤其是在空气环境中加工时，湿度控制是实现高性能面临的主要挑战之一。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室陈军武教授团队设计合成了三种硅氧烷修饰的卤代噻吩添加剂（Cl-Th-SiO、Br-Th-SiO和I-Th-SiO）。在高性能D18:L8-BO体系中，该类添加剂可诱导活性层形成纤维状网络形貌，促进激子解离与电荷传输，并降低陷阱态密度，从而显著提升OSCs器件性能。其中，Cl-Th-SiO因具有最大偶极矩，可与D18和L8-BO产生最强相互作用，使两者形成更紧密的π-π堆叠，表现出最优性能：其在手套箱中制备的器件效率达20.64%（认证效率20.11%）；在60%与90%高湿空气中制备的器件仍分别保持20.45%和20.19%的高效率，是目前空气加工活性层的最高纪录。该研究为空气环境下制备高性能OSCs提供了有效的添加剂设计策略。

本研究设计合成了三种硅氧烷链段修饰的卤代噻吩添加剂（Cl-Th-SiO、Br-Th-SiO与I-Th-SiO），可有效在空气环境中制备具有纤维状形貌与耐湿性的活性层。AFM与TEM图像明确显示，经添加剂处理的D18:L8-BO共混膜形成纤维状网络结构，其器件表现出更高的激子解离效率、改善的电荷传输以及更低的陷阱态密度。光伏性能方面，无添加剂对照组在氮气中制备的器件效率为18.59%，在60%和90%湿度空气中则分别降至17.30%和16.60%。而使用Cl-Th-SiO、Br-Th-SiO和I-Th-SiO在氮气中制备的器件效率分别提升至20.64%、20.49%和19.93%，其中Cl-Th-SiO器件获认证效率20.11%。在空气加工中，在RH 60%湿度下三者效率仍达20.45%、20.26%和19.60%，RH 90%高湿环境下也保持在20.19%、20.03%和19.43%。该添加剂策略为空气环境制备高性能OSCs提供了有效途径。

相关研究成果以“Siloxane-Tethered Halogenated ThiopheneAdditives Enable Excellent Fibrillar Morphology and Air Processing forHigh-Performing Polymer Solar Cells”为题发表在Advanced Materials上，其中通讯作者为陈军武教授和张连杰副教授，第一作者为陈星博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金（22179040），广东省基础与应用基础研究重大项目（2019B030302007）以及广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515012693）等科研项目的资助。

原文链接：http://doi.org/10.1002/adma.202512197