近日，我院光电功能材料与器件研究团队在有机太阳能电池领域取得新进展，相关研究成果以“Balanced Charge Mobility and Boosted Exciton Dissociation via SnSe₂-Modified Interface for >20% Efficiency in Layer-by-Layer Organic Solar Cells”为题发表在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》（中科院一区top，影响因子19.9）。论文第一作者为我院硕士研究生张扬，通讯作者为李熊教授。研究工作得到北京工商大学研究生科研能力提升计划项目及北京同步辐射装置（BSRF）IW1A 线站的支持。

有机太阳能电池具有质轻、柔性、可溶液加工和成本低等突出优势，是极具前景的新一代光伏技术。然而，非富勒烯有机太阳能电池普遍存在空穴迁移率与电子迁移率传输失衡的问题，导致电荷在活性层内积累、复合损失加剧，成为制约效率提升的关键瓶颈。针对这一难题，研究团队以高性能 D18/L8-BO 体系为基础，利用逐层沉积工艺在给体（D18）与受体（L8-BO）界面嵌入二维 SnSe₂纳米片，构建了 “有机/无机/有机” 异质结构。研究表明，SnSe₂在界面处充当高效的电荷传输 “桥梁”：合适的能级排列消除了界面电子俘获势阱，为电子提供了额外的快速传输通道；同时较深的 HOMO 能级有效阻挡空穴、抑制界面复合。器件测试显示，SnSe₂修饰后电子迁移率由 1.89×10⁻⁴提升至 3.81×10⁻⁴ cm² V⁻¹ s⁻¹，空穴/电子迁移率比由 1.78 降至 1.08，载流子传输趋于平衡，激子解离概率与电荷收集概率亦同步提升。最终器件实现 20.03% 的能量转换效率，短路电流密度和填充因子均明显改善，达到 D18/L8-BO 二元体系报道的最高效率之一。

该策略展现出良好的普适性。研究团队将SnSe₂界面层进一步推广应用于D18/Y6、PM6/L8-BO等多种主流非富勒烯体系，器件效率均获得明显提升，充分证明“给体/二维n型半导体/受体”异质结构是改善载流子传输平衡、提升非富勒烯有机太阳能电池性能的通用方案，为同类器件的界面设计提供了可广泛借鉴的思路。在器件稳定性方面，参照国际标准协议开展的老化测试表明，SnSe₂修饰器件在暗态存储、持续光照和热老化等多种条件下均表现出明显优于对照器件的耐久性，展现出良好的实用化前景。

该成果为突破非富勒烯有机太阳能电池载流子传输失衡瓶颈提供了全新的界面工程策略，丰富了有机光伏界面物理的科学内涵；所提出的器件结构为设计高效率、高稳定性的新一代有机太阳能电池开辟了新途径，具有重要科学意义与应用价值。

图1. 器件设计与能级结构

图2. 器件的光谱特性与光伏性能

图3. 载流子输运与复合动力学特性

图4. 瞬态电荷提取动力学特性

图5. 形貌与结晶特性表征

全文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.78352

作者：李熊

审核：王鑫鑫

审定：韩军