IF 38.6！介电添加剂可实现不受湿度影响的共混形态制备，用于高性能、大面积有机光伏

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     体异质结中电介质材料对激子极化与形貌调控具有关键作用。本研究开发香芹酮（CV）作为介电添加剂制备高效大面积有机光伏器件（OPVs）。CV与L8-BO形成复合物，促进D18:N3:L8-BO共混体系中受体均匀微晶形成与激子解离效率。通过刮涂工艺中CV诱导的强内向马兰戈尼流动，突破电子传输层表面能限制实现大面积均匀形貌控制。该体系使活性面积1 cm²的二元D18:PM6供体器件效率达17.44%，对应组件在20 cm²活性面积下实现16.27%效率，创当前OPV组件效率纪录。尤为重要的是，CV添加剂可在10%-70%湿度环境下稳定制备最优共混形貌，展现优异工艺鲁棒性。

创新点

1. 首创萜类化合物香芹酮作为介电添加剂，通过π-π堆积与受体形成超分子复合物调控结晶动力学。

2. 揭示马兰戈尼流动力场对活性层相分离的时空控制机制，建立流体力学参数与微区尺寸分布的定量关联模型。

3. 开发湿度不敏感的大面积涂布工艺，突破有机光伏产业化进程中环境控制成本瓶颈。

4. 实现二元供体体系1 cm²单器件与20 cm²组件效率双突破，验证工艺放大可行性。

对科研工作的启发

1. 有机半导体材料筛选需兼顾介电常数与溶剂亲和性参数，构建多维度材料性能评估矩阵。

2. 溶液加工工艺优化应融合流体动力学仿真技术，预测涂布过程中微观形貌演变路径。

3. 界面工程研究需关注添加剂分子取向对电荷传输各向异性的调控机制。

4. 器件稳定性提升策略需考虑添加剂分子热力学稳定性与光氧化耐受性的平衡设计。

思路延伸

1. 拓展萜烯类化合物库筛选，探究分子共轭度与受体结晶速率的构效关系。

2. 开发电场辅助刮涂技术，协同调控马兰戈尼效应与分子取向有序度。

3. 构建机器学习驱动的添加剂-溶剂-加工参数优化模型，实现形貌预测逆向设计。

4. 研究CV分子在钙钛矿前驱体溶液中的配位作用机制，开发新型晶界钝化策略。

5. 设计柔性基底自适应添加剂体系，推动可穿戴光伏器件弯折稳定性突破。

生物医学领域的应用

1.开发基于OPV的自供电生物传感器用于体内实时生理信号监测。

2.构建柔性有机光伏阵列实现神经刺激光电极的无线供能系统。

3.利用CV的生物相容性开发光响应型组织工程支架促进创面愈合。

4.设计OPV驱动的智能贴片实现光控药物精准释放。

5.开发有机光伏-电催化联用系统实现医疗塑料绿色降解。

Dielectric additive enables humidity-independent preparation of blend morphology for high-performance, large-area organic photovoltaics

Joule ( IF 38.6 )

Pub Date : 2025-04-18

DOI: 10.1016/j.joule.2025.101927

Sungmin Park , Seongwon Yoon , Hyungju Ahn , Hyeonggeun Yu , Eul-Yong Shin , Kangsik Cho , Yoon Hee Jang , Yongseok Jun , Hae Jung Son