全聚合物有机太阳能电池（all-PSCs）因良好的形态稳定性、优异的机械灵活性和光稳定性等显著优点吸引了越来越多人的研究兴趣。但是，由于聚合物的长分子链会互相纠缠，光电转换效率（PCE）仍落后于基于小分子受体的聚合物有机太阳能电池。因此怎样优化全聚合物活性层的形貌来实现高效的全聚合物有机太阳能电池仍然是我们面临的首要问题。针对以上问题，我院薄膜光伏团队提出通过第三组分调控活性层给受体相分布从而抑制载流子复合的策略，进一步提升了all-PSCs光电转换效率。
工作一：通过两个相容良好的聚合物给体抑制载流子非孪生复合提高全聚合物有机太阳能电池效率
在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》上发表题为"Suppressing NongeminateRecombination with Two Well-Compatible Polymer Donors Enables 16.6% Efficiency All-Polymer Solar Cells"的研究性文章，广西大学为第一通讯单位。
此工作将与PM6具有良好相容性的聚合物给体D18-Cl作为第三组分，引入到基于PM6:PY-IT的二元共混物中，从而微妙地调节光活性层的微观形态，系统地研究了D18-Cl作为第三成分对PM6:PY-IT全聚合物活性层的形貌的影响。由于D18-Cl与PM6的相容性良好，与PY-IT的混溶性较差，少量的D18-Cl可能导致PM6:PY-IT界面的减少。研究结果表明，与PM6:PY-IT相比，三元全聚合物活性层的结晶度增加，非孪生复合被抑制，互补的光子吸收和受体到给体的激子解离途径增强了整个波长范围内的外量子效率，从而获得了16.6%的光电转换效率。
最后，本工作提出了PM6:PY-IT、D18-Cl:PY-IT和PM6:D18-Cl: PY-IT的全聚合物层示意图，从微观层次上解释了形态的变化。PM6和PY-IT具有良好的混溶性，有很大程度的给体-受体界面。虽然激子解离效率提高，但双分子电荷重组也增加。相反，D18-Cl和PY-IT的表面能差异显著，导致D18-Cl和PY-IT的聚集相分离，不利于D18-Cl和PY-IT网络的激子有效解离。因为D18-Cl与PM6具有良好的相容性，而且与PY-IT的表面能有显著差异。因此，D18-Cl可以与PM6精细地混合，将PY-IT推出混合给体相，从而减少PM6和PY-IT界面。此外，当PY-IT被光激发时，D18-Cl提供了另一种激子解离途径，从而改善了受体吸收范围内的光子到电子的转换。我们的工作肯定了三元策略对提高All-PSCs光伏性能的重要性，为从两个兼容的聚合物给体出发，制造高效的三元全聚合物有机太阳能电池提供了新的见解。
论文作者：孙宇晴（2021级硕士生），Sein Chung（博士，韩国）,黄晓东（2020级硕士生），Kilwon Cho（教授，韩国），阚志鹏（通讯作者）。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144186
工作二：利用固体添加剂调控光活性层“给体-受体”相分离，实现16.5%光电转换效率的全聚合物太阳能电池
在国际知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表题为"Triggering theDonor-Acceptor Phase Segregation with Solid Additives Enables 16.5% Efficiency All-Polymer Solar Cells"的研究性文章，广西大学为第一通讯单位。
此工作中，固体添加剂1,3-二溴-5-氯苯（DBCl）可以有效地调节PM6与PY-IT之间的混溶性，从而优化聚合物给体和受体的相分离。DBCl处理的薄膜可导致PM6的J-聚集增强，改变PM6和PY-IT之间的混溶性，导致光活性层的结晶性增强。良好的给体-受体分布相使得DBCl处理的器件抑制了陷阱辅助电荷重组，获得更优的电荷传输和收集。我们的研究表明，在全聚合物活性层薄膜形成的过程中使用固体添加剂辅助是一种可行的精细调控“给体-受体”形貌的方法。
论文作者：黄晓东（2020级硕士生），孙宇晴（共同一作，2021级硕士生），赵振民（2020级博士生），Sein Chung（博士，韩国），Kilwon Cho（教授，韩国），阚志鹏（通讯作者）。
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。GIWAXS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。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c07350