第一作者：徐小鹏

通讯作者：彭强*

单位：四川大学

有机太阳能电池的效率与所用的半导体材料密切相关。通常有机半导体材料的有效吸收范围只有200 nm 左右，这对于传统单结二元组分器件而言难以充分利用太阳光。制备叠层或多组分器件是突破其吸收限制的有效方式。然而，叠层器件涉及到复杂的多层制备，传统多组分器件形貌也较为复杂，不可避免地带来可重复性问题。近来，逐层沉积工艺通过依次沉积给体材料和受体材料形成p-i-n活性层结构的策略显示出很好的发展前景，该研究思路在多组分器件中的潜力还有待进一步探究。

基于此，四川大学彭强教授团队在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Sequential Deposition of Multicomponent Bulk Heterojunctions Increases Efficiency of Organic Solar Cells”的研究论文，将两个本体异质结活性层逐层沉积在电极上，制备出具有双本体异质结结构的多组分有机太阳能电池，器件性能提升至19.61%，为目前报道的单结有机太阳能电池的最好效率。徐小鹏研究员为文章第一作者，此研究得到国家自然科学基金、校地科技联合基金的支持。

图1. （a）双本体异质结器件使用的给受体材料。（b）双本体异质结逐层沉积示意图

如图1所示，通过对D₁₈-Cl:BTP-eC₉下层和PM₆:L₈-BO上层活性层的优化，利用逐层沉积工艺制备出高性能的D₁₈-Cl:BTP-eC₉/PM₆:L₈-BO双本体异质结器件。器件的开路电压（V_oc）、短路电流密度（J_sc）和填充因子分别达到0.898 V、27.02 mA cm^-2和80.81%，器件光电转换效率（PCE）达到19.61%。

与D₁₈-Cl:BTP-eC₉（PCE=18.25%）和PM₆:L₈-BO（PCE=18.69%）基础器件相比，效率的提升主要来自于J_sc的显著提升和维持高的FF，说明双本体异质结结构在增加吸收的同时，活性层保持了高效的激子解离和电荷传输能力。相反，直接将D₁₈-Cl:BTP-eC₉和PM₆:L₈-BO共混，制备的四元共混器件，虽然吸收的增加使得J_sc有一定提升，但是FF显著下降至68.42%，导致器件效率降低至15.83%，说明器件存在较大的电荷复合。

要点二：活性层形貌特征

通过广角掠入射X-射线衍射测试发现，逐层沉积制备的双本体异质结活性层D₁₈-Cl:BTP-eC₉/PM₆:L₈-BO比直接共混制备的四元组分活性层D₁₈-Cl:PM6:BTP-eC₉:L₈-BO的结晶性更高，因而活性层具有更高的电子和空穴迁移率。

与此同时，在双本体异质结活性层中，由于两个子活性层分别以各自最优条件沉积，使得双本体异质结活性层保持了理想的互穿网路相分离形貌以及上下活性层在一定程度上的梯度分布，促进激子解离和电荷传输。与之相比，四元共混活性层由于难以保持各体系理想的制备条件，活性层形成较大的相分离，导致器件的电荷复合增加。

要点三：工作机理

通过瞬态吸收对双本体异质结以及四元共混活性层进行研究发现，与四元共混活性层相比（10.7±0.1 ps），双本体异质结的激子传输时间缩短接近一倍（5.5±0.7 ps ）。于此同时，双本体异质结的CT态产率更高，且具有更快速的空穴转移能力。这些表明，双本体抑制剂具有更有效的激子产生、电荷解离及传输效率。

要点四：结论

通过逐层沉积D₁₈-Cl:BTP-eC₉下层和PM₆:L₈-BO上层，制备具有双本体异质结结构的多组分活性层，可在增加活性层吸收的同时，最大程度地保持两个活性层的最优制备条件，维持其最优化的形貌结构，提高激子生成、解离和电荷传输效率。所制备的双本体异质结获得了高达19.61%效率记录。这项工作对高性能有机太阳能电池的制备提供了新的构筑思路。

Sequential Deposition of Multicomponent Bulk Heterojunctions Increases Efficiency of Organic Solar Cells

彭强教授简介：博士，教授，博士生导师，高分子材料工程国家重点实验室固定研究人员。先后获得英国皇家化学会会士（2020），国家杰出青年基金（2018），教育部新世纪优秀人才支持计划（2009），四川省学术和技术带头人（2014），四川省杰出青年基金（2013），江西省新世纪百千万人才工程（2009），江西省五四青年奖章（2009）。2022年度科睿唯安全球高被引科学家，英国皇家化学学会2018-2021年度Top 1%中国高被引学者。

担任Small Structure顾问编委（Editorial Advisory Board），Current Applied Materials编委（Section Editor），Chin. Chem. Lett.和Molecules编委，中国能源学会专家委员会综合专家组副主任，中国化工学会化工材料专业委员会专家委员，中国感光学会光电材料与器件分会专家委员。

长期从事光电能源材料与器件的研究工作，主要涉及有机高分子太阳能电池、电致发光材料与器件，碳基纳米能源材料与器件等。先后主持或参与科技部重大研究计划、国家自然科学基金（集成项目、重点、面上、青年基金）、科技部国际合作项目、教育部新世纪优秀人才支持计划项目等30多项国家和省部级科研课题。

近年来在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.,Adv. Mater.,Energy Environ. Sci.,Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS nano, Nano Energy等国内外期刊上发表学术论文200余篇，SCI收录190余篇，影响因子大于10.0的有60余篇，其中2篇入选2018年中国百篇最具国际影响力论文，20余篇入选ESI高被引论文和ESI热点论文，30余篇入选发表期刊的热点论文或封面论文。

撰写学术专著章节3章，授权中国发明专利16项。2009年获江西省高等学校科技成果二等奖(排名第1)，2010年获江西省自然科学奖二等奖（排名第1），2021年获四川省自然科学奖一等奖（排名第1）。

徐小鹏研究员，博士毕业于四川大学，香港科技大学博士后，2020年通过四川大学“百人B计划”引进，入职四川大学化工学院，特聘研究员，博士生导师，研究领域涉及有机功能材料的研发和应用研究。

目前以第一作者或通讯作者在Adv. Mater.，Energy Environ. Sci.，Angew. Chem. Int. Ed.，ACS Energy Lett.，Adv. Sci.，Nano Energy等国际著名期刊上发表论文37篇，两篇入选“中国百篇最具国际影响论文”，多篇入选ESI高被引或热点论文，共发表论文100余篇，被他引4000余次（据Web of Science），撰写学术专著章节1章；申请中国发明专利4项，授权4项；主持国家自然科学基金、四川省面上基金等；曾获“四川省自然科学奖一等奖”(排名第二)。