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  有機太陽能電池因其具有的質輕，成本低以及可柔性加工的特點，使其成為光伏領域的研究熱點之一。在近二十多年以來，得益于新型給受體以及界面材料的設計，效率不斷突破，目前最高認證效率已超過17%，已滿足光伏器件商業化使用的最低標準。但與傳統的硅基太陽能電池相比，有機太陽能電池商業化的道路依然存在諸多障礙。一方面是有機太陽能電池的穩定性限制了其進一步的應用，另一方面有機太陽能電池印刷工藝的不完善使之無法實現高質量大面積的薄膜沉積。因此，如果想推動有機太陽能電池走向商業化的道路，就必須解決這兩個方面的科學問題。

  目前高效率的有機太陽能電池器件主要基于體相異質結結構，更大的給受體接觸面積實現了有效的激子分離和載流子傳輸。通常，活性層給受體相分離結構難以調控，尤其是多元體系，缺乏給受體相行為對形貌演變關系的認知，無法有效實現相分離結構，器件性能就會出現明顯的降低。陳義旺教授研究團隊在這一方面開展了系列工作，實現通過Huggins參數研究三元組份的形貌演變，建立三元有機太陽電池相行為形成規律。利用“合金”或助溶劑調控活性層結晶行為、垂直相分離以及取向形貌，進一步提高有機太陽能電池的填充因子，并通過吸收和能級的優化，實現了光伏器件性能的有效的提升(Adv. Funct. Mater., 2019, 1805872， Adv. Sci., 2019, 1900565, Macromolecules, 2019, 52, 4359?4369, Chem. Mater., 2019, 31, 24, 10211-10224, Adv. Funct. Mater., 2020, 1909760)。

  此外，通過調控有機太陽能電池從小面積到大面積轉化過程中的形貌演變，從而降低性能損失，這對于大面積有機太陽能電池的制備至關重要。團隊利用旋涂和卷對卷印刷過程中的剪切沖量的轉換關系，確定了剪切沖量在狹縫擠出印刷和旋涂工藝之間的定量轉換因子 (Adv. Mater. 2019, 31, 1903649)。研究團隊發現，在刮涂印刷大面積有機太陽能器件中存在能量損失，影響器件性能。為了解決這個問題，第三組分富勒烯衍生物indene-C60 bisadduct (ICBA)被引入到活性層中。研究發現，ICBA的引入降低了非輻射復合損失從而開路電壓得到恢復，最終使得大面積刮涂器件的性能得到優化。

圖1 旋涂與刮涂，器件性能以及ICBA作用的示意圖。

  團隊利用原子力顯微鏡，透射電鏡和掠入射廣角X射線散射（GIWAXS）對活性層表面形貌，內部聚集狀態以及分子鏈堆疊狀況進行了分析，發現了ICBA的引入有助于適當提高活性層表面粗糙度，改善相分離形貌并提高（010）取向π-π堆疊的強度。同時，這也有助于改善載流子分離和電荷的復合，因此基于1.05cm²的刮涂器件得到了13.70%的光電轉換效率。研究團隊相信，該工作為印刷大面積有機太陽能器件中降低非輻射復合損失，提高器件的光伏性能提供了有效的技術支持。

  本論文發表于Advanced Functional Materials上，題為“An Effective Method for Recovering the Non-Radiative Recombination Loss in Scalable Organic Solar Cells”。本文通訊作者為南昌大學陳義旺教授以及胡婷博士，合作者為武漢大學高等研究院閔杰研究員。第一作者為南昌大學碩士研究生邢直，共同第一作者為南昌大學博士研究生孟祥川。

  全文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202000417