Advanced Materials：国内四校联手-使用合金受主 OSCs最佳效率达10.5%

【引语】取之不尽、用之不竭且环保的太阳能是一种重要的可再生清洁能源。近年来，有机太阳能电池（OSCs）因为其成本低、轻质灵活、半透明、制备工艺简单并可大面积运用的优点已经引起了广泛关注。近日，中国科学院大学等4校联合在Advanced Materials上发布了一篇文章，题为“Alloy Acceptor: Superior Alternative to PCBM toward Efficient and Stable Organic Solar Cells”。论文通讯作者为北京大学的Xiaowei Zhan教授。

此次研究的最大亮点在于：该研究小组通过将合金受主ICBA/PC₇₁BM运用在 5种不同的有机太阳能电池（OSCs）上。证明了PC₇₁BM的存在可以提升有机电池的光电转化效率到原本的12%~14%，最佳效率可达10.5%。

成果简介：

北京大学Xiaowei Zhan小组先前发现：两种类似结构但具有不同最低未占据分子轨道的受体可以结合成所谓的“合金受主（alloy acceptor）”，它具有这两种受主的优点且可以提升有机电池的光电转化效率。此次，他们将合金受主ICBA/PC₇₁BM运用在 5种不同的有机太阳能电池上。证明了PC₇₁BM的存在可以将有机电池的光电转化效率在原有的基础上提升12%~14%，最佳效率可达10.5%。同时，这5种电池相比PC₇₁BM基的OSCs表现出更佳的稳定性。该研究结果，证明了合金受主是一种高效和稳定的有机太阳能电池材料。

图文导读：

图1：分子结构示意图

PTB7, PTB7-th, PBDTTT-C-T, PDBT-T1, PThBDTP, 以及合金受主(ICBA/PC71BM)的分子结构.

图2：PTB7-th/PC₇₁BM-based OSCs 和PTB7-th/alloy acceptor-based OSCs的光伏性能及稳定性测试

（a）分别为在照度为AM 1.5G ，100 mW cm−2 的条件下，具有ITO/PEDOT:PSS/PTB7-th:PC71BM和PTB7-th:alloy acceptor/Ca/Al（在130℃加热120min前后）的电池的电流-电压（J-V）曲线。
（b）分别为在照度为AM 1.5G ，100 mW cm−2 的条件下，具有ITO/PEDOT:PSS/PTB7-th:PC71BM和PTB7-th:alloy acceptor/Ca/Al（在130℃加热120min前后）的电池的外部量子效率的光谱。
（c） 分别为具有PTB7-th/PC71BM和PTB7-th/alloy acceptor的电池在130℃连续加热120min的稳定性曲线图

图3：光致发光谱与时间瞬态光致发光谱

分别为PTB7-th, PTB7-th/PC71BM和PTB7-th/alloy acceptor薄膜的光致发光谱（PL）与时间瞬态光致发光谱（TRTPL）

图4：对PTB7-th/PC71BM 和PTB7-th/alloy acceptor薄膜材料表征

（a，b）分别为PTB7-th/PC71BM 和PTB7-th/alloy acceptor薄膜的能量过滤透射电镜图，图片的比例尺为100 nm。
（c）PTB7-th/PC71BM和PTB7-th/alloy acceptor薄膜截面的共振软X射线衍射图（R-SoXS）。
（d）PTB7-th/PC71BM和PTB7-th/alloy acceptor薄膜表层的X射线光电子能谱图（XPS）。

图5：光学显微图像

（a，b）PTB7-th/PC71BM薄膜在130℃加热120min前后的光学显微镜图像。
（c，d）PTB7-th/alloy acceptor薄膜在130℃加热120min前后的光学显微镜图像。

所有图像的扫描大小都为100 μm × 100 μm

图6：微束掠入射广角散射图（GIWAXS）

说明：GIWAXS主要是测量薄膜表面上和薄膜内部纳米颗粒（结构）信息，比如内部颗粒尺寸、形状、间距和分布等信息，其原理类似于小角X射线散射。

（a）PTB7-th/PC71BM薄膜和PTB7-th/alloy acceptor薄膜在130℃加热120min前后的2D-GIWAXS图像。
（b）PTB7-th/PC71BM薄膜和PTB7-th/alloy acceptor薄膜在130℃加热120min前后的面外和面内微束掠入射广角散射图（GIWAXS）。

文献链接：Alloy Acceptor: Superior Alternative to PCBM toward Efficient and Stable Organic Solar Cells