近年来，随着科研工作者对材料设计、器件制备方法、薄膜形态学和物理机制的深入了解，同时伴随非富勒烯受体材料Y6及其衍生物的诞生，有机太阳能电池的光电转换效率获得了大幅度提升，实验室中单结有机光伏电池的光电转换效率已接近20%，叠层电池的光电转换效率达到了20.6%，这些突破性进展为有机太阳能电池产业化应用带来了曙光。

由C、H、N、F、O、S等常见的有机元素制成的有机太阳能电池，其原材料便宜、丰富、易回收利用，具有低成本、柔性化、质量轻、超薄、可折叠、易于大面积制备、半透明和颜色多样化等诸多优点，易于进行物理改性，可通过多种途径改善器件的光子俘获能力、电荷传输能力及电子提取能力。由于有机太阳能电池中的光活性层薄膜涉及到光子吸收、激子扩散和解离以及电荷传输等重要过程，因此活性层薄膜的制备是整个器件的核心，活性层的形貌调控对有机太阳能电池性能至关重要。常用的活性层形貌调控手段主要包括：添加第三组分、热退火（Thermal Annealing，简称TA）、溶剂蒸汽退火（Solvent Vapor Annealing，简称SVA）、液体添加剂和固体添加剂等。

我院薄膜光伏团队与韩国浦项科技大学Kilwon Cho教授等人利用具有高挥发性和低成本的1, 3, 5-三溴苯（TBB）作为受体溶液中的固体添加剂，并采用顺序沉积方法制备有机太阳能电池（Organic Solar Cells，简称OSCs）的光活性层，再结合热退火（TA）来调节由D18-Cl/L8-BO组成的OSCs光活性层中的垂直相分布。研究通过加入添加剂TBB，再结合热处理，在薄膜中形成长距离的分子填充和均匀的“双连续给体-受体”网络，从而提高薄膜的结晶度和在垂直方向上有利的供体-受体分布。研究中"TBB+TA"处理过的OSCs实现了18.5%（平均18.1%）的光电转换效率，V_OC为910 mV，J_SC为26.3 mA cm^-2，FF为77.2%，优于其控制器件（17.2%，平均16.7%的光电转换效率）。器件性能的提高与激子生成速率、电荷载流子迁移率、电荷载流子寿命的增加以及双分子电荷重组的减少有关。该工作将先进的器件性能归因于垂直方向上梯度分布的给体-受体浓度，为优化顺序沉积的顶层形态以实现高性能有机太阳能电池提供了思路。

与此同时，“苯环和卤素”结合的固体添加剂与光活性层之间发生了怎样的相互作用以及这种相互作用是“同时调控给体和受体”还是“单一调控给体或者受体”仍然存在争议。针对此问题，薄膜光伏团队系统地研究了三种具有对称结构的“苯环和卤素”结合的固体添加剂，即1, 3, 5-三氯苯（TCB），1, 3, 5-三溴苯（TBB）和1, 3, 5-三碘苯（TIB）与PM6:Y6组成的光活性层间分子间相互作用的影响。研究结果显示，固体添加剂可以与非富勒烯受体（Y6，BTP-eC9，L8-BO）相互作用形成卤素键，改变二聚体的主链距离，增强受体分子的有序堆积，并诱导形成适当的“给体-受体”相分离。TBB对PM6:Y6的载流子迁移率、寿命、提取效率和载流子扩散距离有显著影响，实现了17.9%的光电转换效率。此外，添加剂增强了器件的稳定性和可重复性，对Y6衍生物受体表现出显著的普适性，二元PM6:BTP-eC9实现了18.2%的光电转换效率，二元PM6:L8-BO实现了18.8%的光电转换效率。我们的工作有助于更好地理解“苯环和卤素”结合的固体添加剂与非富勒烯受体的相互作用机制，有助于更深入地了解高效挥发性固体添加剂的结构设计，进一步为更理想挥发性固体添加剂的开发和设计提供理论和实验支持。

上述两个工作得到“国家自然科学基金（面上项目）”、“广西自然科学基金（杰出青年科学基金项目）”、“广西自然科学基金（重点项目）”和“广西大学高层次人才科研项目基金”等项目经费的大力支持。

工作一："Vertical Phase Regulation with 1,3,5-Tribromobenzene Leads to 18.5% Efficiency Binary Organic Solar Cells"，广西大学为第一通讯单位，在国际知名期刊《Advanced Science》上发表。

亚层吸收光谱（FLAS）技术测试得到西安交通大学前沿科学技术研究院鲁广昊教授团队的大力支持。GIWAXS和NEXAFS测试相关部分得到韩国浦项科技大学博士生Sein Chung和Kilwon Cho教授的支持。薄膜形貌表征相关部分得到广西大学可再生能源协同创新中心的大力支持。衷心感谢广西大学资源环境与材料学院潘道成教授团队的大力支持。

论文作者：朱朝锋（2021级博士生），Sein Chung（博士，韩国），赵晶晶（2023级博士生），孙宇晴（2021级硕士生），赵斌（2021级硕士生），赵振民（2020级博士生），Seunghyun Kim（韩国），Kilwon Cho（通讯作者，教授，韩国浦项科技大学），阚志鹏（通讯作者）。

论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202303150

工作二："Impact of Intermolecular Interactions between Halogenated Volatile Solid Additives and the Nonfullerene Acceptor in Organic Solar Cells"，广西大学为第一通讯单位，在国际知名期刊《Advanced Functional Materials》上发表。

  论文作者：赵晶晶（2023级博士生），Sein Chung（博士，韩国），李鸿祥（博士后，四川大学），赵振民（2020级博士生），朱朝锋（2021级博士生），殷骏（通讯作者，教授，香港理工大学（PolyU））， Kilwon Cho（通讯作者，教授，韩国浦项科技大学），阚志鹏（通讯作者）。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202307355