论文概览
深圳技术大学王宇飞与张光烨团队以及陈义旺教授通过热基板(Hot-Substrate, HS)工艺调控顺序沉积(SqP)活性层的热力学过程，显著提升了D18/Y系列受体基二元有机太阳能电池的性能与稳定性。研究利用实时热成像技术揭示HS工艺可延长热调制时间(>30 s)，促进底层D18分子的液相重组与成核，减少界面能差异，增强受体渗透与激子生成。最终，基于D18/L8-BO的器件效率突破20.64%(认证效率20.10%)，300 nm厚膜器件效率仍达18.12%，且在连续光照270小时后保持90%初始效率。该研究以“20.64% Efficient and Stable Binary Organic Solar Cells via Thermodynamic-Engineered Interlayer Diffusion and Exciton Generation”为题发表在顶级期刊Advanced Materials上。
技术亮点
热基板调控成膜动力学：HS工艺提供持续热驱动力，缩短D18液相时间(490 ms)，加速分子成核，降低界面能差异(Δγ = 3.42 mN/m)。
热基板调控成膜动力学：HS工艺提供持续热驱动力，缩短D18液相时间(490 ms)，加速分子成核，降低界面能差异(Δγ = 3.42 mN/m)。
纤维状形貌提升电荷传输：HS诱导的粗纤维结构增强π–π堆叠(dπ–π = 3.66 Å)和相干长度(CCL = 106.7 Å)，空穴迁移率提升至5.28×10⁻⁴ cm² V⁻¹ s⁻¹。
普适性强且厚度不敏感：在D18/eC9、D18/eC9-4F和D18/L8-BO三种体系中均实现>20%效率，厚膜器件性能优异。
研究意义
突破效率与稳定性瓶颈：二元器件效率突破20.64%，厚膜性能达18.12%，光照稳定性显著提升。
热力学调控新策略：为活性层优化提供热力学设计思路，解决D18高结晶性导致的加工难题。
工艺兼容性与可扩展性：HS方法适用于多种材料体系与厚度范围，具备大规模制备潜力。
为高性能OSCs提供新路径：通过界面工程与形貌调控协同提升性能，推动OSCs商业化进程。
深入精读
图1：热成像与工艺对比
实时热成像显示HS工艺将热调制时间延长至30秒以上，显著高于传统热溶液法(<1秒)。基板温度在D18溶液接触时控制在50°C左右，优化分子组装动力学。
图2：形貌与界面表征
AFM和TEM显示HS处理的D18薄膜形成粗纤维结构(Rq = 1.17 nm)，eC9分子可绕纤维渗透，增强层间混合。CF冲洗后HS薄膜吸收强度下降更显著，表明更充分的层间互穿。
图3：结构分析与激子模拟
GIWAXS表明HS处理使π–π堆叠更紧密(IP: 20.2 Å → 20.4 Å)，CCL延长。深度成分分析显示HS薄膜在0–60 nm区域D18含量适中(64.23%)，优化激子生成与电荷收集。
图4：器件性能与载流子动力学
HS器件效率达19.75%(Voc=0.868 V，Jsc=28.10 mA/cm²，FF=81.00%)。TPC/TPV显示电荷提取加快31.6%，寿命延长23.6%。阻抗谱表明体相与界面电阻降低3倍，陷阱密度降低54%。
图5：普适性与稳定性
在2PACZ为空穴传输层时，D18/L8-BO体系效率达20.64%。300 nm厚D18/eC9-4F器件效率为18.12%。MPPT测试显示HS器件270小时后仍保持90%效率，优于对照组(85%)。
结论展望
研究通过热基板工艺实现了热力学调控的活性层优化，显著提升了二元OSCs的效率、厚度宽容性与稳定性。未来可通过进一步解析热-形貌-性能关系，拓展至柔性、大面积模块制备，推动OSCs向产业化应用迈进。
文献来源
K. Sun, Y. Wang, G. Zhang, et al. “20.64% Efficient and Stable Binary Organic Solar Cells via Thermodynamic-Engineered Interlayer Diffusion and Exciton Generation.” Adv. Mater. (2025): e09806.
https://doi.org/10.1002/adma.202509806
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