（转自武大物理公众号）近日，Wiley旗下期刊Solar RRL（IF=9.2）在线发表题为"Layer-by-layer-Processed Ternary All-polymer Organic Solar Cells with 17.74% Efficiency Enabled by introdcing a designed narrow-bandgap guest polymer acceptor" 的论文，该论文报道了开发高性能三元全聚合物有机太阳电池方面的进展。物理科学与技术学院2020级本科生吴小黑为论文(共同)第一作者，高等研究院孙瑞博士和闵杰教授为论文通讯作者。

在这项研究中，研究者们通过将三元混合策略与逐层涂覆过程相结合，精细地调控全聚合物太阳电池的活性层的光吸收和电荷传输。基于香港城市大学任广禹团队PM6/PYT-1S1Se二元全聚合物太阳能电池，研究者设计了一种具有较窄的光学带隙和较强的结晶性的氯化端基聚合物受体PYT-1S1Se-4Cl，并引入到宿主体系中，合理控制活性层的共混形貌，使分子堆叠有序，垂直分布合适。优化后的三元体系体微观结构不仅有利于电荷产生和电荷输运性能，而且可以显著降低三元共混体系中发生的非辐射能量损失。最终具有伪双层异质结结构的PM6/(PYT-1S1Se:PYT-1S1Se- 4Cl)三元全聚合物太阳电池的功率转换效率(PCE)为17.74%，到达了现今报道的最高值之一，远高于相应的两个二元体系(PM6/PYT-1S1Se PCE =16.86%，PM6/PYT-1S1Se-4Cl PCE= 15.83%)，证明了这种材料设计和逐层涂覆加工工艺的优势。总的来说，这项工作展示了一种有前景的全聚合物体系形态调控的匹配方法，有助于提高三元有机太阳电池的能量转换效率。

(a) 两种聚合物受体在溶液和薄膜中的吸收光谱 (b) 给体和受体的能级示意图 (c) 一维掠入射广角X射线散射图像 (d) 纯膜和共混膜的π-π堆积距离、结晶相干长度和电子迁移率

(a) 逐层涂覆(Layer-by-layer)器件结构示意图 (b) 电流密度-偏压图像(c) 外量子效率图像 (d) 器件的能量转换效率分布及其高斯拟合

同时本文使用了多种形貌表征手段(原子力显微镜、掠入射广角X射线散射、荧光量子产率、飞行时间-二次离子质谱等)，系统研究了氯代聚合物受体对整个体系的表面形貌和组分垂直分布的影响。

二元体系和三元体系的 (a) 原子力显微镜测得的表面形貌 (b) 二维掠入射广角X射线散射图案 (c) 掠入射广角X射线散射图案一维积分

该研究得到了国家自然科学基金委和中央高校基本科研业务费的资助，还受到武汉大学科研共享平台的支持。作者们特别感谢上海同步辐射光源BL14B1线站在掠入射X射线散射(GIWAXs)测试中的支持以及感谢武汉大学科研共享平台在飞行时间-二次离子质谱(Tof-SIMS)测试方面的支持。

吴小黑作为优秀本科生代表，通过参加“本科生能力提升计划”，大二时加入武汉大学闵杰教授课题组，接受到了系统的科研训练。物理科学与技术学院于2019年开始实施本科生能力提升计划，引导学生“早进课题组、早进实验室、早确定研究方向”。三年来，共有300余名本科生参加，其中，以第一作者发表SCI论文15篇，获得各类创新赛事国家级一等奖35人、国家级二等奖22人、国家级三等奖23人、省部级奖励400余人次。

原文链接：https://doi.org/10.1002/solr.202300064

课题组网站：jiemin.whu.edu.cn