蒸汽诱导供体-受体界面增强双层有机太阳能电池性能的创新策略

本文创新性地提出蒸汽诱导供体-受体界面（VIDAI）技术，通过1-氯萘（CN）和1,8-二碘辛烷（DIO）蒸汽直接处理D18/Y6界面，将双层有机太阳能电池（OSCs）的光电转换效率（PCE）从15.1%提升至17.0%。该研究通过优化表面张力、延长复合寿命，同步提高了器件在室内外光照条件下的稳定性，为有机光伏器件的界面工程提供了可规模化应用的新方案。

　　

摘要

研究团队开发出蒸汽诱导供体-受体界面（VIDAI）技术，通过1-氯萘（CN）和1,8-二碘辛烷（DIO）蒸汽直接处理双层有机太阳能电池（OSCs）的D18/Y6界面。采用倒置器件结构ITO/ZnO/D18/Y6/MoO₃/Ag，经VIDAI处理的器件在1太阳光照下PCE从15.1%提升至16.8%（CN）和17.0%（DIO），室内照明条件下PCE从13.2%提升至14.9%（CN）和15.0%（DIO）。性能提升归因于优化的表面张力和改善的复合寿命，其中DIO处理器件展现出最优的最大功率点稳定性。

1 引言

有机太阳能电池（OSCs）因其轻质、柔性和环保特性成为可持续能源解决方案，但受限于供体-受体（D-A）界面的电荷生成、传输和复合问题。传统界面优化方法包括溶剂添加剂（如DIO、CN）、热退火（TA）和溶剂蒸汽处理（SVT）。本研究首次将SVT应用于非富勒烯受体Y6基双层OSCs，通过VIDAI方法直接调控D18/Y6界面，避免了层间热退火风险。

2 结果与讨论

2.1 器件特性

倒置结构器件测试显示：DIO处理器件获得最高J_sc（27.0 mA/cm²）、FF（73%）和PCE（17.0%），CN处理器件次之。室内照明（2500 lx LED）测试中，DIO器件PCE达15.0%，显著优于对照组（13.2%）。暗态J-V曲线分析表明，DIO处理使并联电阻（R_sh）提高50%，漏电流降低至对照组1/3。

常规结构器件验证了VIDAI的普适性：DIO处理使PCE从13.9%提升至15.6%。光电物理分析显示，CN处理使激子解离概率（P_diss）达98%，Urbach能量（E_u）降至70 meV，表明界面缺陷减少。接触角测试测得DIO处理后的D18表面张力为62.8 mN/m，Flory-Huggins参数（χ^D-A）低至0.0001，证实界面相容性提升。

2.2 稳定性研究

MPP跟踪测试显示，DIO处理器件在80%初始效率下运行时间达12.5小时，是对照组（3.8小时）的3.3倍。加速老化实验中，DIO器件的性能衰减速率（DR）为-0.006 mW/h，归因于DIO诱导的有序相分离和介电常数提升，有效抑制了电荷复合。

3 结论

VIDAI技术通过蒸汽处理直接优化D-A界面，使双层OSCs的PCE提升12.6%，同时突破性解决稳定性难题。DIO处理在保持高FF（73%）前提下，将器件运行寿命延长至对照组3倍，为有机光伏技术的商业化应用提供了新范式。

4 实验方法

采用动态旋涂法在ITO/ZnO基底制备D18薄膜，经CN或DIO蒸汽处理10分钟后沉积Y6层。通过原子力显微镜（AFM）证实CN处理使D18表面粗糙度（RMS）从1.94 nm降至1.22 nm。阻抗谱（IS）分析显示DIO处理使复合寿命延长2倍，内置电势（V_bi）提升至0.75 V。