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• 有机太阳能电池是采用有机半导体材料作为光活性层制备得到的一种光伏电池，具有质量轻、结构多样化、具有柔性可弯曲、可溶液加工等优点^[1-3]。与采用广泛的富勒烯及其衍生物作为活性层材料的有机太阳能电池相比，聚合物非富勒烯小分子作为给受体材料的活性层更具优势，尤其是其可以通过分子设计调整材料能级、具有更宽的吸收光谱^[4-5]。基于聚合物小分子体系以上显著优点，现阶段报道的最高光电转换效率已经超过了14%^[6-9]。

  除了新材料合成的方面，活性层的形貌最终决定有机太阳能电池器件的性能。良好的活性层形貌要求给受体材料结晶性高，能形成互穿网络结构，相区尺寸满足激子扩散的要求，同时具有较大的给受体接触面积^[10-12]。然而，在聚合物小分子体系中，为了满足相分离尺寸的要求，常常会牺牲小分子受体材料的有序堆叠，不利于电荷传输，也会带来过多的双分子复合。因此，在这种弱结晶性受体的体系中，增强聚合物小分子体系材料的有序聚集，可以显著促进电荷迁移，减少双分子复合。然而在该体系中，聚合物网络往往会抑制小分子的聚集。由于相对分子质量的差异，给受体的结晶通常是不对称的，小分子受体结晶弱，趋向于无定形状态或者在混合体系中形成小尺寸的晶体^[13-14]。

  通过分子剪裁，减少非富勒烯小分子受体(SMAs)空间位阻或增强分子间相互作用是提高分子有序堆积的有效途径。Holliday等^[15]利用正辛基取代罗丹宁-苯并噻二唑偶联引达省并二噻吩(IDTBR)分子上支化的2-乙基己基，从而减小取代基的空间位阻，大幅提高了IDTBR分子的结晶性。占肖卫等^[16]用噻吩基团取代3, 9-二(2-亚甲基(3-(1, 1-二氰基亚甲基)茚酮))-5, 5, 11, 11-四(4-己基苯基)-二噻吩并[2, 3-d:2′，3′-d′]-s-苯并二茚并[1, 2-b:5, 6-b′]引达省(ITIC)分子上的苯环，使分子间的π-π相互作用增强，也可以提高分子的结晶性。此外，通过降低聚合物与SMAs间的相容性，也可以提高SMAs的结晶度。Flory-Huggins相互作用参数(χ)是衡量共混程度的基本参数，相对较高的χ对应较低的共混程度。侯剑辉等^[17]通过增强SMAs的分子内推拉电子效应，使聚[(2, 6-(4, 8-二(5-(2-乙基己基-3-氟)噻吩-2-基)-苯并[1, 2-b：4, 5-b′]二噻吩))-alt-(5, 5-(1′, 3′-二-2-噻吩基-5′, 7′-二(2-乙基己基)苯并[1′, 2′-c:4′, 5′-c′]二噻吩-4, 8-二酮)](PBDB-TF: SMAs)共混体系χ值大幅提高，从而降低PBDB-TF与SMAs共混程度，有利于提高薄膜的结晶性，同时提高了相区纯度。因此，提高了载流子迁移率并减少了双分子复合。

  提高材料结晶性的传统物理手段有热退火(TA)、蒸汽退火(SVA)、添加剂等。但是，在处理过程中，给受体倾向于同时扩散、聚集，导致小分子受到聚合物干扰，难于进行结晶成核及生长。独立控制最终的结晶形态，摆脱聚合物给体结晶对受体小分子结晶的影响，是比较难以解决的一个方面^[18-19]。

  针对这种问题，采用蒸汽退火和热退火两种后处理手段结合调节聚[(2, 6-(4, 8-二(5-(2-乙基己基噻吩-2-基)苯并[1, 2-b:4, 5-b′]二噻吩)) -alt-(5, 5-(1′, 3′-二-2-噻吩基-5′, 7′-二(2-乙基己基)苯并[1′, 2′-c:4′, 5′-c′]二噻吩-4, 8-二酮))](PBDB-T)/9-二(2-亚甲基(3-(1, 1-二氰基亚甲基)-6, 7-二氟-茚酮))-5, 5, 11, 11-四(4-己基苯基)-二噻吩并[2, 3-d:2′, 3′-d′]-s-引达省[1, 2-b:5, 6-b′]二噻吩(IT-4F)(PBDB-T/IT-4F)共混薄膜给受体结晶顺序。利用四氢呋喃进行蒸汽处理可选择性提高IT-4F结晶性。利用150 ℃热退火，可选择性提高PBDB-T的结晶性。通过独立调控给受体材料的结晶顺序进行形貌优化，器件性能由5.95%提高至7.18%。

  1.   实验部分

  1.1   试剂和仪器

  有机半导体材料PBDB-T和IT-4F购自朔纶材料(Solarmer Materials Inc)公司，其结构和能级如图 1所示；氯苯(CB)、醋酸锌和乙二醇独甲醚购自美国西格玛奥德里奇(Sigma-Aldrich)公司；四氢呋喃(THF)购自北京化工厂，以上均为色谱纯试剂；三氧化钼(MoO₃，99.9995%)购自英国阿法埃沙(Alfa Aesar)公司；Al和基底氧化铟锡(ITO)玻璃购自深圳南玻集团有限公司。

  图 1

  

  图 1.  PBDB-T和IT-4F的结构式与能级

  Figure 1.  The chemical structures and energy levels of PBDB-T and IT-4F

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  AvaSpec-3648型紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis，荷兰爱万提斯公司)；Jobin Yvon LabRAM HR型荧光光谱仪(PL，荷兰爱万提斯公司)；SPA300HV/SPI3800N型原子力显微镜(AFM，日本精工公司)，在敲击模式下，探针为硅悬臂原子力探针(弹性常数2 N/m，共振频率70 kHz，日本奥林巴斯公司)；Bruker D8型X射线薄膜衍射仪(XRD，德国布鲁克公司)，测试条件：2θ角为2°~30°，在保证活性层薄膜厚度基本不变的情况下，采用管电流40 mA、管电压40 kV，入射角0.2°的Cu靶-Kα射线(λ=0.15406 nm)入射，获得所需给受体结晶信息；QER3011型外量子效率测试(EQE，台湾省光焱科技股份有限公司)；JEM-1011型透射电子显微镜(TEM，日本电子公司)。

  1.2   实验方法

  PBDB-T/IT-4F(总质量浓度20 g/L，m(PBDB-T): m(IT-4F)=1: 1)氯苯溶液在热台上以100 r/min加热12 h溶解。随后，溶液在室温环境中静置30 min。初始薄膜通过旋涂仪2400 r/min旋涂40 s制得。

  热退火过程采用150 ℃，退火30 min。蒸汽退火过程在底部含有THF的玻璃小瓶中进行。在加入THF之后，静置20 min以获得稳定的蒸汽压。所有过程均在N₂气氛围的手套箱中进行。

  薄膜电池器件采用的结构为ITO/ZnO/PBDB-T: IT-4F/MoO₃/Al。ITO玻璃基底通过碱性洗液、去离子水、丙酮、异丙醇各超声清洗20 min，然后用N₂气吹干，获取所用干净基底。然后，采用UV-ozone处理25 min。处理过后尽快在其上旋涂配置好的ZnO溶液，而后在200 ℃热烘干1 h。烘干处理后尽快转移至手套箱中，旋涂PBDB-T/IT-4F(10 mg/10 g ·L^-1 CB)制备活性层。最后，在活性层上面通过高真空电极蒸镀系统在2×10^-4 Pa以下压力的氛围中蒸镀双层MoO₃(15 nm)和Al(100 nm)。蒸镀过程最终得到4个与ITO条交叉的面积为8.0 mm²的太阳能电池器件。

  有机太阳能电池的电流密度-电压(J-V)曲线通过AM1.5G太阳光模拟器在100 MW/cm²强度照射下，通过2400 SourceMeter计算获取。器件的外量子效率(EQE)数据通过氙灯单色光进行测试。

  2.   结果与讨论

  首先，验证在后处理过程中热退火(Thermal Annealing, TA)处理和溶剂蒸汽退火(Solvent Vapor Annealing, SVA)处理对给受体材料PBDB-T和IT-4F的结晶性以及相分离的影响。通过两种处理方式相结合可分别提高PBDB-T与IT-4F的结晶性，最终获得更高的器件效率。

  2.1   对PBDB-T与IT-4F的结晶性调控

  由于分子特性的影响，不同种类分子的结晶行为对温度的响应不同。通过XRD表征PBDB-T和IT-4F在热退火处理过程中的结晶性变化。如图 2B和2C所示，PBDB-T的(100)晶面衍射峰在4.5°，而IT-4F的(010)晶面衍射峰在26°。选取这两个衍射峰监测二者结晶性变化。图 2A是给受体材料随热退火温度变化的XRD衍射峰强度曲线。热退火温度高于110 ℃，可提高PBDB-T结晶性；而在190 ℃以上的温度，IT-4F结晶性才会提升。因而在150 ℃热退火，可以显著提高PBDB-T的结晶性，同时IT-4F的结晶性不会受到影响。因此，通过150 ℃热退火处理提高PBDB-T的结晶性PBDB-T与IT-4F随热退火温度升高的结晶性变化(见辅助材料图S1)，而不影响IT-4F结晶性。

  图 2

  

  图 2.  (A) XRD衍射峰强度随热退火温度变化曲线，(B)PBDB-T的初始薄膜、THF蒸汽退火的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜的XRD衍射谱图和(C)IT-4F的初始薄膜、THF蒸汽退火的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜的XRD衍射谱图

  Figure 2.  (A)The variation of XRD diffraction intensity with thermal annealing(TA) temperature, the XRD diffraction profiles of PBDB-T without annealing, with THF solvent vapor annealing(SVA) and TA at 150 ℃ for 30 min(B) and the XRD diffraction profiles of IT-4F without annealing, with THF SVA and TA at 150 ℃ for 30 min(C)

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  THF对于PBDB-T/IT-4F体系，是一种选择性溶剂，对于IT-4F溶解度超过50 g/L，而对PBDB-T溶解度只有0.5 g/L。因此，采用THF蒸汽退火处理可以选择性提高IT-4F的结晶性。IT4F初始薄膜衍射信号很弱，说明其结晶性相对不强。在经过THF蒸汽退火处理后，在26°左右出现明显增强的衍射峰，说明THF蒸汽退火处理可以增强其结晶性。同时，通过图 2C的X射线薄膜衍射可以看出，此种处理下IT-4F的结晶性有明显提高，而PBDB-T的结晶性并无明显变化。这是由于THF对于PBDB-T的溶解性很弱所导致。

  热退火和蒸汽退火处理分别对PBDB-T和IT-4F的结晶性提高有独立的作用，也可以通过紫外可见吸收光谱和荧光光谱得以证实(见辅助材料图S2)。通过选取合适的热退火温度与蒸汽退火溶剂，找到了分别促进PBDB-T和IT-4F结晶的方法，有利于在后续的调控中实现IT-4F在不受PBDB-T网络束缚下的优先结晶。

  2.2   共混薄膜的结晶性调控

  PBDB-T/IT-4F共混薄膜的紫外可见吸收光谱如图 3A所示。PBDB-T的吸收区域主要在450~700 nm，而IT-4F主要在550~800 nm。其中，635 nm左右的吸收峰代表PBDB-T的有序聚集，而720 nm左右的吸收峰代表IT-4F的有序聚集。从图 3A可以看出，与初始膜相比，THF蒸汽退火使720 nm左右吸收峰有明显增强；而热退火使635 nm左右吸收峰有明显增强，说明这两种后处理手段可以分别促进IT-4F、PBDB-T的结晶。通过两种后处理手段结合，吸收光谱在635和720 nm的吸收峰均有提升，给受体材料的有序聚集均得到了增强。

  图 3

  

  图 3.  (A) 活性层初始薄膜、THF蒸汽退火的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜以及蒸汽退火与热退火相结合的薄膜的紫外可见吸收光谱和(B)活性层初始薄膜、THF蒸汽退火的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜以及蒸汽退火与热退火相结合的薄膜的荧光光谱

  Figure 3.  (A)The UV-Vis spectra of PBDB-T without annealing, with THF SVA, TA at 150 ℃ for 30 min and SVA&TA. (B)The PL spectra of IT-4F without annealing, with THF SVA, TA at 150 ℃ for 30 min and SVA&TA

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  结晶性的变化同样可以通过荧光光谱得到表征。如图 3B所示，PBDB-T与IT-4F的荧光峰分别在675和790 nm左右。THF蒸汽退火仅提高IT-4F结晶性，荧光强度增强；而150 ℃热退火仅提高PBDB-T结晶性。

  用X射线薄膜衍射对活性层共混薄膜进行表征，结果如图 4所示。对于PBDB-T/IT-4F初始薄膜，在2θ角为4.5°时存在PBDB-T明显的(100)结晶峰，而PBDB-T的24°左右的(010)衍射峰以及IT-4F在的26°的衍射峰较弱。经过THF蒸汽退火处理，在26°代表的IT-4F结晶峰强度由130增加到330；而经过150 ℃热退火处理，4.5°的PBDB-T结晶峰强度由2400提高至3700。通过两种后处理手段分别处理再进行结合，PBDB-T和IT-4F的结晶性同时得到了提高。

  图 4

  

  图 4.  活性层初始薄膜、THF蒸汽退火的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜以及蒸汽退火与热退火相结合的薄膜的XRD衍射谱图

  Figure 4.  The XRD diffraction profiles of PBDB-T/IT-4F without annealing, with THF SVA, TA at 150 ℃ for 30 min and SVA&TA

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  采用两种相对独立产生作用的后处理手段，PBDB-T与IT-4F的结晶性均得到了提高，同时结晶性的变化又不会对活性层薄膜形貌造成破坏。通过AFM，探究了后处理过程对薄膜形貌的影响，见图 5。适当的后处理手段对于薄膜相分离影响并不显著，其中在初始薄膜中，相分离结构呈现一种稍有模糊的相区界面。而通过两种后处理手段相结合，薄膜形成了更多纤维状结构，有利于双连续通路的产生，促进自由电荷的传输。

  图 5

  

  图 5.  活性层初始薄膜(A)和(E)、THF蒸汽退火的薄膜(B)和(F)、150 ℃热退火30 min的薄膜(C)和(G)以及蒸汽退火与热退火相结合的薄膜(D)和(H)的AFM高度图与TEM照片

  Figure 5.  The height AFM images and TEM images of PBDB-T/IT-4F without annealing(A) and (E), with THF SVA(B) and (F), TA at 150 ℃ for 30 min(C) and (G) and SVA&TA(D) and (H)

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  另外，还利用了TEM对不同方式处理的薄膜的形貌进行了表征，如图 5E~5H。结果表明，直接旋涂所获得的薄膜，由于给受体结晶性均较差，因此无明显相分离结构(图 5E)。当经过蒸汽退火处理(图 5F)及热退火处理后(图 5G)，聚集体尺寸略有增加，但是互穿网络结构仍不明显。然而，当将两种后处理手段相结合处理后(图 5H)，PBDB-T形成了更多的纤维结构，同时IT4F也聚集形成了小尺寸微晶，利于形成互穿网络结构。

  2.3   器件性能

  为了验证结晶性及相分离形貌对于器件性能的影响，制备了ITO/ZnO/PBDB-T: IT-4F/MoO₃/Al结构的太阳能电池器件。该器件采用PBDB-T/IT-4F作为活性层，其初始薄膜、TA薄膜、SVA薄膜以及SVA&TA薄膜的器件测试数据如表 1所示。图 5是该4种条件下器件的电流密度-电压(J-V)曲线。初始薄膜的短路电流(J_sc=13.83 mA/cm²)和填充因子(FF=0.59)均较低，能量转换效率(PCE)只有5.95%。通过THF蒸汽退火与热退火相结合，J_sc和FF分别提高到了15.36 mA/cm²和0.68，最终器件性能达到了7.18%。在这种条件下，PBDB-T与IT-4F的结晶性均得到了提高，有利于形成双连续通路促进自由载流子传输，同时减少电荷复合，从而增大了J_sc与FF。反观只采用THF蒸汽退火处理和只采用热退火处理的器件，器件性能有一定提高，但比两种处理方式相结合的最佳条件尚有不足，给受体结晶性与相区纯度均未达到最佳条件，不利于自由电荷的传输，同时会造成较多双分子复合，FF不高。

  表 1

  

  表 1  活性层初始薄膜、THF蒸汽退火22 s的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜以及蒸汽退火与热退火相结合的薄膜的器件性能

  Table 1.  The device performance of PBDB-T/IT-4F without annealing, with THF SVA 22 s, TA at 150 ℃ for 30 min and SVA&TA

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  Device	Voc/V	Jsc/(mA·cm-2)	FF	PCE/%
  Pristine	0.73	13.83(13.83±0.13)	0.59(0.58±0.01)	5.95(5.89±0.06)
  THF SVA	0.68	14.40(14.49±0.23)	0.65(0.64±0.02)	6.43(6.34±0.09)
  TA	0.70	14.79(14.65±0.34)	0.64(0.64±0.02)	6.59(6.53±0.06)
  SVA&TA	0.69	15.36(15.47±0.31)	0.68(0.67±0.03)	7.18(7.02±0.16)

  通过外量子效率(EQE)来探究器件性能差异的原因，如图 6C所示。与初始薄膜器件相比，SVA&TA的EQE波段在整个光谱范围内均有明显的提升，跟TA薄膜和SVA薄膜对比，提升也很显著。这种提升可能来源于给受体结晶性的提高优化了光子吸收和电荷传输。

  图 6

  

  图 6.  器件结构(A)以及活性层初始薄膜、THF蒸汽退火的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜以及蒸汽退火与热退火相结合的薄膜的电流密度-电压曲线(B)、外量子效率谱图(C)、光强依赖性曲线(D)

  Figure 6.  The structure of the devices(A) and the J-V curves(B), EQE spectra(C), and dependence of open circuit voltage on light intensity(D) of PBDB-T/IT-4F without annealing, with THF SVA, TA at 150 ℃ for 30 min and SVA&TA

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  为了研究填充因子的提升是否由于双分子复合的减少，对相关器件进行了光强依赖性测试。J_sc与光强应该遵循JSC∝P^α，此处P代表的是光强，α是指数因子。在不存在双分子复合的条件下，α应该为1，而由于双分子复合的存在，α通常小于1。如图 6D所示，初始薄膜、SVA薄膜、TA薄膜、SVA&TA薄膜的拟合α值分别为0.917、0.933、0.937和0.946。说明SVA&TA薄膜中的双分子复合受到了抑制。依赖于给受体结晶性的提高以及相区纯度的增加，电荷传输更加顺畅，器件的填充因子得到了明显提升。

  3.   结论

  探讨了蒸汽退火、热退火两种不同的后处理方式对PBDB-T/IT-4F体系结晶顺序的影响。根据溶解度差异选取THF作为蒸汽退火溶剂，选择性提高IT-4F结晶性；通过热退火作用的温度差异选取150 ℃作为热退火温度，提高PBDB-T的结晶性。经过两种后处理手段结合，给受体材料结晶性均得到了提高，薄膜相区边界更清晰，形成更多纤维状结构，相区尺寸基本保持不变。相比单一提高PBDB-T或者IT-4F的结晶性，器件光电转换效率取得了更大提高，从初始器件的5.95%提高到了7.18%。本实验论证了在有机太阳能电池器件中给受体结晶性的提高带来的有利影响，并且为分别控制给体和受体的结晶，摆脱聚合物结晶网络对小分子结晶的束缚，提高弱结晶性受体的有序聚集，提供了一种新的思路。

  辅助材料(Supporting Information)[PBDB-T、IT-4F随热退火温度变化的XRD谱图；PBDB-T、IT-4F蒸汽退火、热退火的紫外-可见吸收光谱、荧光光谱；不同蒸汽退火时间的器件性能]可以免费从本刊网站(http://yyhx.ciac.jl.cn/)下载。

• 1. [1]

     Zhao B, He Z, Cheng X. Flexible Polymer Solar Cells with Power Conversion Efficiency of 8.7%[J]. J Mater Chem C, 2014, 2(26):  5077-5082. doi: 10.1039/C3TC32520B

  2. [2]

     Shaheen S, Radspinner R, Peyghambarian N. Fabrication of Bulk Heterojunction Plastic Solar Cells by Screen Printing[J]. Appl Phys Lett, 2001, 79(18):  2996-2998. doi: 10.1063/1.1413501

  3. [3]

     Krebs F. Fabrication and Processing of Polymer Solar Cells:A Review of Printing and Coating Techniques[J]. Sol Energy Mater Sol Cells, 2009, 93(4):  394-412. doi: 10.1016/j.solmat.2008.10.004

  4. [4]

     Cui Y, Yao H, Yang C. Organic Solar Cells with an Efficiency Approaching 15%[J]. Acta Polym Sin, 2018, 2:  223-230.

  5. [5]

     Li X, Yao J, Angunawela I. Improvement of Photovoltaic Performance of Polymer Solar Cells by Rational Molecular Optimization of Organic Molecule Acceptors[J]. Adv Energy Mater, 2018, 8(23):  1800815. doi: 10.1002/aenm.201800815

  6. [6]

     Li S, Ye L, Zhao W. A Wide Band Gap Polymer with a Deep Highest Occupied Molecular Orbital Level Enables 14.2% Efficiency in Polymer Solar Cells[J]. J Am Chem Soc, 2018, 140(23):  7159-7167. doi: 10.1021/jacs.8b02695

  7. [7]

     Zhang S, Qin Y, Zhu J. Over 14% Efficiency in Polymer Solar Cells Enabled by a Chlorinated Polymer Donor[J]. Adv Mater, 2018, 30(20):  1800868. doi: 10.1002/adma.v30.20

  8. [8]

     Zhang H, Yao H, Hou J. Over 14% Efficiency in Organic Solar Cells Enabled by Chlorinated Nonfullerene Small-Molecule Acceptors[J]. Adv Mater, 2018, 30(28):  1800613. doi: 10.1002/adma.v30.28

  9. [9]

     Zhang Y, Yao H, Zhang S. Fluorination vs. Chlorination:A Case Study on High Performance Organic Photovoltaic Materials[J]. Sci Chi Chem, 2018, 61(10):  1328-1337. doi: 10.1007/s11426-018-9260-2

  10. [10]

      Zhao F, Wang C, Zhan X. Morphology Control in Organic Solar Cells[J]. Adv Energy Mater, 2018, 8(28):  1703147. doi: 10.1002/aenm.v8.28

  11. [11]

      Ma W, Tumbleston J, Ye L. Quantification of Nano-and Mesoscale Phase Separation and Relation to Donor and Acceptor Quantum Efficiency, J_(SC), and FF in Polymer:Fullerene Solar Cells[J]. Adv Mater, 2014, 26(25):  4234-4241. doi: 10.1002/adma.v26.25

  12. [12]

      Yang X, Loos J, Veenstra S. Nanoscale Morphology of High-Performance Polymer Solar Cells[J]. Nano Lett, 2005, 5(4):  579-583. doi: 10.1021/nl048120i

  13. [13]

      Howard I, Mauer R, Meister M. Effect of Morphology on Ultrafast Free Carrier Generation in Polythiophene:Fullerene Organic Solar Cells[J]. J Am Chem Soc, 2010, 132(42):  14866-14876. doi: 10.1021/ja105260d

  14. [14]

      Ye L, Zhao W, Li S. High-Efficiency Nonfullerene Organic Solar Cells:Critical Factors That Affect Complex Multi-length Scale Morphology and Device Performance[J]. Adv Energy Mater, 2017, 7(7):  1602000. doi: 10.1002/aenm.201602000

  15. [15]

      Holliday S, Ashraf R, Wadsworth A. High-Efficiency and Air-Stable P3HT-Based Polymer Solar Cells with a New Non-fullerene Acceptor[J]. Nat Commun, 2016, 7:  11585. doi: 10.1038/ncomms11585

  16. [16]

      Zhao F, Dai S, Wu Y. 1% Efficiency[J]. Adv Mater, 2017, 29(18):  1700144. doi: 10.1002/adma.201700144

  17. [17]

      Li W, Ye L, Li S. A High-Efficiency Organic Solar Cell Enabled by the Strong Intramolecular Electron Push-Pull Effect of the Nonfullerene Acceptor[J]. Adv Mater, 2018, 30(16):  1707170. doi: 10.1002/adma.201707170

  18. [18]

      Liang Q, Han J, Song C. Tuning Molecule Diffusion to Control the Phase Separation of the p-DTS(FBTTh₂)₂/EP-PDI Blend System via Thermal Annealing[J]. J Mater Chem C, 2017, 5(27):  6842-6851. doi: 10.1039/C7TC01763D

  19. [19]

      Han J, Liang Q, Qu Y. Morphology Control of Non-Fullerene Blend Systems Based on Perylene Diimide Acceptors[J]. Acta Phys Chim Sin, 2018, 34(4):  391-406.

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  图 1  PBDB-T和IT-4F的结构式与能级

  Figure 1  The chemical structures and energy levels of PBDB-T and IT-4F

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  图 2  (A) XRD衍射峰强度随热退火温度变化曲线，(B)PBDB-T的初始薄膜、THF蒸汽退火的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜的XRD衍射谱图和(C)IT-4F的初始薄膜、THF蒸汽退火的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜的XRD衍射谱图

  Figure 2  (A)The variation of XRD diffraction intensity with thermal annealing(TA) temperature, the XRD diffraction profiles of PBDB-T without annealing, with THF solvent vapor annealing(SVA) and TA at 150 ℃ for 30 min(B) and the XRD diffraction profiles of IT-4F without annealing, with THF SVA and TA at 150 ℃ for 30 min(C)

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  图 3  (A) 活性层初始薄膜、THF蒸汽退火的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜以及蒸汽退火与热退火相结合的薄膜的紫外可见吸收光谱和(B)活性层初始薄膜、THF蒸汽退火的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜以及蒸汽退火与热退火相结合的薄膜的荧光光谱

  Figure 3  (A)The UV-Vis spectra of PBDB-T without annealing, with THF SVA, TA at 150 ℃ for 30 min and SVA&TA. (B)The PL spectra of IT-4F without annealing, with THF SVA, TA at 150 ℃ for 30 min and SVA&TA

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  图 4  活性层初始薄膜、THF蒸汽退火的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜以及蒸汽退火与热退火相结合的薄膜的XRD衍射谱图

  Figure 4  The XRD diffraction profiles of PBDB-T/IT-4F without annealing, with THF SVA, TA at 150 ℃ for 30 min and SVA&TA

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  图 5  活性层初始薄膜(A)和(E)、THF蒸汽退火的薄膜(B)和(F)、150 ℃热退火30 min的薄膜(C)和(G)以及蒸汽退火与热退火相结合的薄膜(D)和(H)的AFM高度图与TEM照片

  Figure 5  The height AFM images and TEM images of PBDB-T/IT-4F without annealing(A) and (E), with THF SVA(B) and (F), TA at 150 ℃ for 30 min(C) and (G) and SVA&TA(D) and (H)

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  图 6  器件结构(A)以及活性层初始薄膜、THF蒸汽退火的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜以及蒸汽退火与热退火相结合的薄膜的电流密度-电压曲线(B)、外量子效率谱图(C)、光强依赖性曲线(D)

  Figure 6  The structure of the devices(A) and the J-V curves(B), EQE spectra(C), and dependence of open circuit voltage on light intensity(D) of PBDB-T/IT-4F without annealing, with THF SVA, TA at 150 ℃ for 30 min and SVA&TA

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  表 1  活性层初始薄膜、THF蒸汽退火22 s的薄膜、150 ℃热退火30 min的薄膜以及蒸汽退火与热退火相结合的薄膜的器件性能

  Table 1.  The device performance of PBDB-T/IT-4F without annealing, with THF SVA 22 s, TA at 150 ℃ for 30 min and SVA&TA

  Device	Voc/V	Jsc/(mA·cm-2)	FF	PCE/%
  Pristine	0.73	13.83(13.83±0.13)	0.59(0.58±0.01)	5.95(5.89±0.06)
  THF SVA	0.68	14.40(14.49±0.23)	0.65(0.64±0.02)	6.43(6.34±0.09)
  TA	0.70	14.79(14.65±0.34)	0.64(0.64±0.02)	6.59(6.53±0.06)
  SVA&TA	0.69	15.36(15.47±0.31)	0.68(0.67±0.03)	7.18(7.02±0.16)

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