Desirable Uniformity and Reproducibility of Electron Transport in Single‐Component Organic Solar Cells

Haixia Hu; Xinyu Mu; Bin Li; Ruohua Gui; Rui Shi; Tao Chen; Jianqiang Liu; Jianyu Yuan; Jing Ma; Kun Gao; Xiaotao Hao; Hang Yin

doi:10.1002/advs.202205040

高级科学（Weinh）。2023年3月；10(8): 2205040.

2023年1月19日在线发布。数字对象标识：10.1002/advs.202205040

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PMID：36658728

单组分有机太阳能电池中电子输运的理想均匀性和再现性

胡海霞,¹ 新余牧,¹ 李斌（Bin Li）,² 若华贵,¹ 芮诗,¹ 陈涛（Tao Chen）,¹ 刘建强,¹ 袁建宇,^2,^三 Jing Ma公司,⁴ Kun Gao（高坤）,¹ 郝晓涛,¹和汉阴¹

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摘要

尽管简化了制造工艺和理想的微观结构稳定性，嵌段共聚物和双电缆共轭聚合物的有限电荷传输特性阻碍了单组分光伏器件的整体性能。基于单组分异质结器件和体异质结器件之间施主（D）-受主（A）键合模式的关键区别，合理化传输机制之间的差异对于理解结构-性能相关性至关重要。在此，我们研究了在一系列单组分光伏器件中阻碍电子传输的D–A共价键之间形成的势垒。嵌段共聚物基器件中的电子输运强烈依赖于电场。然而，这些器件在电荷传输特性方面表现出特殊的优势，包括对成分变化的高稳定性、改进的薄膜均匀性和器件再现性。这项工作不仅阐明了嵌段共聚物基器件中的特定电荷传输行为，还阐明了大面积单组分有机太阳能电池（SCOSC）的巨大商业可行性。

关键词：电子传输、链内传输、单组分有机太阳能电池、紧束缚模型

基于推拉电子结构的单组分有机太阳能电池中的电子输运经历了潜在的障碍和阱，阻碍了具有高阈值电场驱动载流子的链内输运过程。然而，由于额外的传输通道，这种单组分电池表现出了非凡的优势，包括理想的薄膜均匀性和再现性。

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1.简介

单组分有机太阳能电池（SCOSC）基于具有共价连接给电子和接受电子部分的单一光活性组分，由于其简化的制造工艺和独特的性能（例如，良好的形貌控制、在有机溶剂中的良好混溶性和优异的微观结构稳定性），受到了越来越多的关注。^[ ¹^,²^,^三^,⁴^,⁵^,⁶^,⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹^,¹²^,¹³^,¹⁴^,¹⁵ ^]然而，SCOSC的性能不如体异质结（BHJ）。电荷复合快，吸收区窄，电荷传输过程效率低，能量损失高，分子间排列失控^[ ¹⁶^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹^,²⁰^,²¹ ^]妨碍SCOSC的性能。为了优化器件性能，必须实现SCOSC的理想性能，从而克服这些限制。然而，在具有各向异性晶体的薄膜中，难以获得有效的形态控制以形成高效的电荷传输路径并实现所需的垂直方向，这限制了器件的性能。^[ ²²^,²³ ^]因此，评估SCOSC的载流子传输特性具有挑战性，因为从多晶微结构获得的信息，如网状纤维结构、结晶度和区域规则性，比从D–A共混膜获得的信息复杂得多。

基于分子内异质结的单组分光伏材料分为具有“链内”受体基团的嵌段共聚物，^[ ²⁴^,²⁵^,²⁶^,²⁷ ^]带有悬垂受体基团的“双索”共轭聚合物，^[ ⁶^,¹⁰^,²²^,²⁸^,²⁹ ^]和D–A分子二联体。^[ ⁴^,¹¹^,³⁰^,³¹^,³² ^]连接D和A部分的连接剂将光吸收、激子离解和电荷传输的功能合并到一个分子中，导致与混合器件相比，单组分器件的分子堆积模式和传输特性截然不同。^[ ³³^,³⁴^,³⁵^,³⁶ ^]共轭嵌段共聚物是一种典型的单组分器件，在这种器件中，聚合物主链上的富电子（D/push）和缺电子（a/pull）部分发生了变化。^[ ³⁷^,³⁸ ^]施主或受体链上的离域电荷载流子可以在共轭长度内经历链内输运过程。^[ ³⁹^,⁴⁰^,⁴¹ ^]嵌段共聚物有望通过平面自组装提供连续的电荷传输路径，以形成有序的纳米相分离结构。然而，施主块的电子推动结构和受体块的电子拉动结构在其连接处导致了交替势垒和阱，阻碍了链内电子传输过程。先前的报告已经通过实验证明嵌段共聚物会减弱π堆积，意味着长共聚物链的短程有序，这可能归因于聚合物主链和缺陷状态的不规则性增加。^[ ¹^,² ^] 图 1A类描述了单组分光伏器件中链内电子传输模型的示意图。在传统最先进的BHJ薄膜中π–π相互作用是促进电子传输的主要堆积方式。^[ ⁴²^,⁴³^,⁴⁴ ^]陷阱的存在不仅通过捕获自由载流子降低了SCOSC的电流密度和性能，而且改变了电场依赖性。^[ ⁴⁵ ^]SCOSC中一个或多个均聚物杂质、三嵌段共聚物、不规则长链和配对中的结构缺陷引起的陷阱状态显著影响电荷载流子传输特性。^[ ⁴⁶^,⁴⁷^,⁴⁸ ^]然而，传输特性和设备性能之间的明确相关性尚未得到充分描述。

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图1

关于电子传输和建模的简化信息。A）嵌段共聚物和相应化学结构的链内电子输运示意图，其中绿色和粉红色片段分别代表电子推动熔融环基团和电子拉动基团。灰色箭头表示外加电场。B）具有四个重复单元的三种模型的简化信息，即嵌段共聚物、A至A型J聚集和A至D型J聚集模型。

在此，我们采用实验和理论方法系统地研究了SCOSC中的载流子输运行为。三种共轭嵌段共聚物基单组分器件，即PBDB‐T‐b条‐PIDIC2T、PM6‐b条‐PTY6和PBDB‐T‐b条选择PTY6作为模型系统，并与BHJ进行比较。定量电容谱测量表明，共轭嵌段共聚物基器件的载流子陷阱浓度高于BHJ器件。为了研究单组分器件中的载流子迁移率，我们采用了陷阱限制空间电荷限制电流（trap‐SCLC）技术和导纳谱（AS）。结果表明，SCOSC具有较低的载流子迁移率值，电子输运高度依赖于电场。嵌段共聚物保持相对稳定的电子迁移率，这可能是由于在添加惰性聚苯乙烯（PS）作为外部组分时形成渗流传输网络所致。理论上，通过采用紧束缚模型和非绝热演化方法，我们比较了嵌段共聚物模型中电子输运的阈值电场强度和输运速度。使用A到A型J聚集和A到D型J聚集模型观察到嵌段共聚物模型的阈值电场强度较高，传输速度较低。值得注意的是，嵌段共聚物的稳定共轭长链结构构建了额外的链内电子传输通道，从而使SCOSC的电荷传输和器件性能具有良好的均匀性和再现性。这项工作重新考虑了劣质传输特性的起源，并确认了单组件器件潜在应用的积极影响。

2.结果和讨论

2.1. 电子和空穴传输特性

我们制作了纯电子和纯空穴器件，并研究了单组分聚合物和BHJ型薄膜中的电荷传输机制。三种嵌段共聚物材料，即PBDB‐T‐b条‐PIDIC2T、PM6‐b条‐PTY6和PBDB‐T‐b条‐PTY6被选为模型系统。PBDB-T:Y6 BHJ设备对应于PBDB-T‐b条本工作采用性能效率最高的9.85%的PTY6器件作为对照。通过SCLC和as测量来评估此类薄膜中的载流子传输行为。详细的器件制作过程和实验机制已在实验部分和支持信息部分详细记录。图 2A类显示了偏离理想平方定律的特征电流-电压曲线(我∝U型 ²)在BHJ共混膜中，电压升高到四次方(我∝U型 ⁴)在所有三个单组件设备中。这种偏差可归因于存在过多陷阱。^[ ⁴⁹^,⁵⁰^,⁵¹ ^]如图所示2B型，这种陷阱状态还降低了电流密度，导致电子迁移率降低，从而降低了器件性能。为了准确地研究不同单组分薄膜的电荷输运特性，使用带有陷阱SCLC的改进SCLC模型来提取载流子迁移率，该迁移率可用方程表示(1)

J_{SCL公司} \times d日 = \frac{9}{8} ε_{0} ε_{第页} μ_{0} θ 经验 (0.89 β \sqrt{F类}) {F类}^{2}

(1)

哪里J _SCL公司是空间充电极限电流密度，d日是被测活性层的厚度，ε ₀是真空的介电常数，ε _第页是相对介电常数，θ定义为与自由载流子和俘获载流子密度相关的俘获因子，µ ₀是零场载流子迁移率，β是Poole–Frenkel斜坡，以及F类是外加电场。^[ ⁴⁵^,⁵²^,⁵³ ^]的价值θ可以通过不同偏置电压下的频率相关电容谱确定，如图所示S1（第一阶段）（支持信息）。如C所示，单组分装置的所有提取陷阱密度都远高于BHJ装置⁻²与V图（图S2系列，支持信息）。的价值θ对于这三个单组分器件，它们都在10左右⁻²和PM6‐b条‐PTY6的最高捕集浓度为4.2×10⁻²³米⁻³显示最低θ值为0.01。对于PBDB‐T‐b条‐PTY6µ ₀为8.7×10⁻⁵厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹由陷阱SCLC拟合得到，远低于6×10⁻⁴厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹PBDB‐T:Y6 BHJ胶片。电子能量无序(σ _{e（电子）})由高斯无序模型确定，该模型适用于不同温度下的电子迁移率，并反映了器件内部的陷阱状态。^[ ⁵⁴^,⁵⁵ ^]如表所示S1（第一阶段）（支持信息），与σ _{e（电子）}PBDB‐T:Y6 BHJ薄膜为54 meV，基于单组分的PBDB-T‐b条‐PTY6、PBDB‐T‐b条PIDIC2T和PM6b条‐PTY6薄膜表现出更高σ _{e（电子）}值分别为60、62和72 meV。

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图2

目标系统的基本传输特性。A）原木示意图我‐日志U型特点。B）对J×d日三个单组分系统（即PBDB‐T‐b条-PIDIC2T、PBDB‐Tb条‐PTY6和PM6‐b条‐PTY6）和PBDB‐T:Y6 BHJ薄膜，其中实线基于SCLC模型，虚线基于陷阱‐SCLC模型。C）纯电子器件和D）纯空穴器件的偏置电压相关电容频谱。E） PBDB‐T‐b条基于PTY6的高效SCOSC。F）小分子（SM）基和聚合物基共混膜和PBDB‐T‐的参考摘要b条-PTY6薄膜在Poole–Fenkel斜面上作为零场迁移率的函数。

地形图像（图第3章，支持信息）的BHJ和用原子力显微镜获得的嵌段聚合物膜显示出PBDB‐T‐b条‐PTY6、PBDB‐T‐b条‐P2TIDIC和PM6‐b条PTY6器件，导致均方根（RMS）表面粗糙度值较小。嵌段共聚物中薄膜的不利纳米纤维形态可能导致载流子迁移率降低；然而，内部电荷载流子传输机制尚不清楚。为了解决这个问题，我们进行了AS来研究单组分基薄膜的场相关特性。依赖于场的电子迁移率µ _{e（电子）}有机半导体的(2)

μ_{e（电子）} (F类) = μ_{0, e（电子）} 经验 (β_{e（电子）} \sqrt{F类})

(2)

其中符号与前面定义的符号相同。^[ ⁵⁶ ^]PBDB‐T‐b条‐PTY6薄膜显示出相对较低的场相关电子和空穴迁移率≈10⁻⁵厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹Poole–Frenkel效应描述了电荷载流子输运特性的电场依赖性，并与有机半导体中处于局域状态的电子所需的电场有关。^[ ⁵⁷^,⁵⁸ ^]图2楼显示了小分子（SM）基和聚合物基共混膜以及单组分PBDB‐T‐的零场迁移率与Poole–Fenkel斜率的关系图b条‐PTY6胶片。对于大多数BHJ混合设备µ _0，e在10中⁻⁵–10⁻³厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹范围和β值在0.5–4.5×10之间⁻³（厘米V⁻¹)^1/2范围。然而，单部件设备表现出两种低µ _0，e第页，共10页⁻⁶厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹和强电场依赖性β≈3 × 10⁻³（厘米V⁻¹)^1/2表明SCOSC的电荷传输特性不如BHJ。

2.2. 惰性聚苯乙烯分子对电子输运的影响

为了区分单组分PBDB‐T‐b条‐PTY6和PBDB‐T:Y6 BHJ胶片。图三A–F描述了具有不同PS含量的纯电子器件在不同偏置电压下的频率相关导纳谱。图3G–I总结了从AS信号中提取的场相关电子迁移率、迁移率变化率和β在不同PS含量的单组分和BHJ膜中。在以前的报告中，SCOSC在环境和热应力条件下的优异器件性能和形态稳定性表明，嵌段共聚物基器件可能因存在外源物质而不敏感。^[ ⁵^,²⁴^,³³ ^]单组件设备在载波移动性和βPS具有独特的功能结构，并以适当的浓度使用，通过提高电子迁移率来优化OSC的性能。^[ ⁵⁹ ^]对于PBDB‐T‐b条在PS小于2 wt%的PTY6和PBDB‐T:Y6器件中，观察到电子迁移率的有效增加。PBDB‐T‐b条‐PTY6装置与绝缘聚合物混溶，形成渗流传输网络。^[ ⁶⁰^,⁶¹ ^]杂质分子，如绝缘材料，可能占据载流子输运位置，阻碍载流子的输运过程。^[ ⁶² ^]例如，当20 wt%PS添加到PBDB‐T‐b条PTY6薄膜的电子迁移率显著降低，为8.1×10⁻⁷厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹电子迁移率为4.6×10⁻⁶厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹用于本征器件。相反，在BHJ中，迁移率值从本征系统的4.1×10下降⁻⁵厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹本征器件为2.1×10⁻⁶厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹对于含10 wt%PS的BHJ薄膜。无论PS含量如何，PBDB‐T:Y6 BHJ器件的电子迁移率都高于PBDB-T‐b条‐PTY6设备。这个β纯PBDB‐T:Y6混合装置为−1×10⁻⁴（厘米V⁻¹)^1/2，即使使用1 wt%PSβ迅速增加到2.5×10⁻⁴（厘米V⁻¹)^1/2并且随着PS含量的增加而持续。从原始PBDB‐T‐开始b条‐PTY6，添加低浓度PS（<5 wt%）将电子迁移率增加到2.2×10⁻⁵厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹并降低了β至1.0×10⁻³（厘米V⁻¹)^1/2虽然引入高浓度PS可以增加βPBDB‐T‐的值b条PTY6器件的变化范围远低于BHJ器件，这意味着单组分器件中电子输运的良好稳定性除了电子输运之外，我们还构建了纯空穴器件，如图所示S4系列（支持信息）。PS的加入降低了空穴输运的迁移率，而不是电子输运。与电子传输不同，PBDB‐T‐b条‐PTY6或PBDB‐T:PS小于2 wt%的Y6纯空穴器件的空穴迁移率增加，观察到类似的降低趋势。值得注意的是，空穴迁移率值为2.9×10⁻⁵厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹用于PBDB‐T‐b条‐与5.9×10相比，具有5 wt%PS的PTY6器件显著改进⁻⁵厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹对于含2 wt%PS的器件。即使含1 wt%PS，PBDB‐T:Y6器件的空穴迁移率值也会迅速降低，并随着PS浓度的增加而持续。因此，PBDB‐T‐b条‐具有不同PS浓度的PTY6设备。因此，这意味着单组分材料对组分变化具有高度的耐受性，并且空穴传输行为具有良好的稳定性。

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图3

不同PS含量的导纳谱和相关参数。A–C）PBDB‐T‐不同偏置电压下的频率相关电容特性b条‐PTY6装置和D–F）PBDB‐T:Y6装置具有各种聚苯乙烯（PS）含量。G）场相关电子迁移率、H）迁移率变化率和I）电场相关参数β单组分材料PBDB‐T‐b条‐PTY6和对应的PBDB‐T:Y6 BHJ具有不同的PS内容。

2.3. 承运人运输行为的紧密绑定模型模拟

单组分材料也具有BHJ共混膜的一些共同特征，例如共轭骨架和推拉电子结构。图1B年显示了基于嵌段共聚物信息和BHJ薄膜中广泛采用的两种聚集形态模型的简化结构模型的构建，即a到a型J聚集和a到D型J聚集模型。为了准确解释单组分材料中的电荷传输行为及其电场依赖性，我们采用了扩展的Su–Schrieffer–Heeger（SSH）紧束缚模型，^[ ⁶³^,⁶⁴^,⁶⁵ ^]这突出了强电子晶格(e‐l公司)有机半导体材料中的相互作用。支持信息中描述了详细的建模信息。在嵌段共聚物中，共价键连接片段的过渡积分被选择为t吨 _b条=1.5 eV。在此，我们假设负极化子（即空间局域化的电子电荷）最初在具有四个聚合单元的不同分子系统的左侧产生(米= 4). 每个网格点的电荷密度曲线如所示图 4A–C、D–F、G–I分别是。

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图4

净电荷的初始分布和随时间变化的动态演化。A）、D）和G）分别表示嵌段共聚物、A至A型J聚集和A至D型J聚集结构模型各部位的初始电荷密度；施加不同电场的相应分子模型各部位净电荷的时间演变，其中B、C）显示嵌段共聚物、E、F）A到A型J聚集和H、I）A到D型J聚集的结果。

初始净电荷分布q个_n个 =e(ρ_{n、 n个} 不同结构模型的结果表明，由于D和A单元之间的现场能量差异，存在分子内电荷转移特征（现场能量的详细信息已在支持信息中描述）。此外，这意味着D单元将充当阻碍电子传输的潜在屏障。如图所示4B、C，嵌段共聚物链中的负极化子可以从起始位置运输到右末端基团，至少在E类 ₀= 4.0 × 10⁵V厘米⁻¹然而，对于BHJ混合装置（图4E–I型)与单组分器件相比，较低的外加电场确保了有机器件中负极化子的有效传输，特别是对于a到D型J聚集型器件。基于A对A型J聚集和A对D型J聚集模型的器件的阈值电场强度为3.5×10⁵和2×10⁵V厘米⁻¹分别为。负极化子输运阈值电场的大小顺序如下：4×10⁵V厘米⁻¹（嵌段共聚物基模型）>3.5×10⁵V厘米⁻¹（基于A到A类型J聚合的模型）>2×10⁵V厘米⁻¹（基于A到D型J聚合模型）。为了获得负极化子在这三种电环境下的输运速度，我们施加了E类 ₀= 4 × 10⁵V厘米⁻¹在输运过程中，负极化子电荷中心位置随时间的演化如图所示第5章（支持信息）。结果表明，在嵌段共聚物模型中，负极化子的输运速度最慢，对应于其高阈值电场。负极化子的传输速度在BHJ器件的两种模型中类似，基于A到D型J聚集的模型优先于基于A到A型J聚集模型。

2.4. 均匀性和再现性分析

基于具有不规则长链的单组分材料中额外的电子链内输运通道，我们试图利用除稳定性之外的其他潜在优势，这一点已经过充分讨论。^[ ⁵^,²⁹^,³⁰ ^]必须考虑不同批次设备的性能再现性以及它们在大面积设备中不同地点的性能差异。^[ ⁶⁶ ^]我们在有效面积为1cm的衬底上测量了15×15个单独的器件²使用SCLC技术评估每个器件的载流子迁移率和载流子传输的均匀性。使用变异系数评估了不同位置的载流子迁移率的分散(c（c）_V（V） )，可以使用公式计算(三)

{c（c）}_{v（v）} = \frac{σ}{\bar{μ}}

(3)

哪里σ是载波迁移率的标准偏差，以及 $\bar{μ}$ 是平均载波迁移率。^[ ⁶⁷ ^]较低的c（c）_V（V） 这些值表明载流子迁移率的色散较低，载流子传输的均匀性较高。在图 5A、 B类，PBDB‐T‐b条‐PTY6器件整体上表现出较低的电子迁移率，平均迁移率为5.3×10⁻⁶厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹而相应的PBDB‐T:Y6 BHJ设备的平均迁移率为4.7×10⁻⁵厘米²V（V）⁻¹秒⁻¹对于PBDB‐T:Y6，使用SCLC方法测量的整体平均电子迁移率明显较差，因为c（c）_V（V） 值为80%，而其他器件的平均电子迁移率为10级⁻⁴基于BHJ的大面积器件的电子迁移率的高色散意味着电荷传输的不均匀性，这可能是其效率降低的原因之一。值得注意的是，PBDB‐T‐b条‐PTY6器件的电子迁移率具有优异的均匀性c（c）_V（V） 值约为60%。在图中第11节（支持信息），显示了载流子迁移率值与平均迁移率值之比与不同设备之比的图表，以可视化均匀性。可以观察到，相对于BHJ器件，尤其是电子，单组分器件的载流子迁移率值在平均值附近的分布是对称的，并且很窄。电子迁移率的均匀性与不同器件性能的均匀性和再现性一致，如光伏特性所示（图S6系列和第7部分，支持信息）和2D时间分辨荧光成像（图第8节，支持信息）。此外，掠入射广角X射线散射的结果（图第9部分，支持信息）的测量结果表明，单组件设备已经减弱π–π用于电子传输的堆叠。单组分的高度均匀性可能是由于共轭聚合物长链的额外链内传输通道，增加了横向电荷载流子传输的可能性。此外，我们构建了仅孔设备，如图所示5C、D.类似c（c）_V（V） PBDB‐T‐的值为49%b条PBDB‐T:Y6空穴器件的PTY6和52%证实了共轭长链提供的链内输运增强了电荷载流子输运的均匀性。因此，它为优化大面积设备的性能提供了一个新的研究视角。

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图5

承运人机动现场地图。A、 B）PBDB‐T‐的电子迁移率映射b条分别为PTY6和PBDB‐T:Y6薄膜。C、 D）PBDB‐T‐的空穴迁移率映射b条分别为PTY6和PBDB‐T:Y6薄膜。

3.结论

总之，我们基于嵌段共聚物在单组分器件中的独特结构，系统地研究了其载流子输运特性，并揭示了其商业应用的诱人潜力。单组分器件的光伏性能仍然无法与BHJ相比，这主要是因为SCLC和AS测量揭示了单组分材料中存在大量陷阱状态以及载流子对电场的强烈依赖性。紧束缚模型计算表明，由于推拉电子结构，电子输运经历了交替势垒和阱，这阻碍了电荷载体的链内输运。与BHJ装置相比，这种受阻传输导致单组分装置具有更高的阈值电场来驱动电荷传输，而电荷传输速度更低。然而，由于其共轭长链，单组分材料也显示出具有额外电子传输通道的独特优势。例如，嵌段共聚物材料在PS作为杂质的存在下保持了相对稳定的电子迁移率，并在大规模上保持了电荷载流子传输和光伏特性的良好均匀性和再现性。这项工作阐明了具有嵌段共聚物结构的单组分材料中的潜在屏障效应，这与单组分物质中基于BHJ的器件中的屏障效应不同，并且这一观察大大有助于开发稳定高效的SCOSC用于商业应用。

4.实验段

设备制造

用ITO/Al（50 nm）/活性层/PDIN/Al的常规配置制造了纯电子器件。在每一步中，使用洗涤剂、去离子水、丙酮、无水乙醇和异丙醇在超声波浴中连续清洁带图案的氧化铟锡（ITO）涂层基板20分钟。然后用紫外线-臭氧处理这些玻璃基板15分钟，以改善其工作功能。通过热蒸发沉积在这些清洁基板上的50 nm铝层用于阻挡空穴载流子。然后，将这些准备好的底物转移到充氮的手套箱中。总计24 mg mL的混合溶液⁻¹可通过将有机供体（PBDB‐T）和受体材料（Y6）通过1 vol%CN氯仿（CF）溶液溶解获得。单组件解决方案，包括PBDB‐T‐b条‐PIDIC2T（12毫克毫升⁻¹)或PBDB‐T‐b条‐PTY6（15毫克毫升⁻¹)或PM6‐b条‐PTY6（15毫克毫升⁻¹)在1 vol%CN氯仿（CF）溶液中可获得。将添加剂聚苯乙烯（PS）溶解在浓度为7 mg mL的CF中⁻¹在BHJ或重量比为（0–20 wt%）的单组分溶液中加入PS溶液时。通过在铝顶部以2000 rpm的转速旋转涂布混合溶液50 s，然后在氮气手套箱中120°C退火10 min，制备了200 nm以上的体异质结（BHJ）和单组分活性层薄膜。之后，在BHJ层上旋涂一薄层PDIN，以有助于在5000rpm下持续30s的电子传输。最后，通过热蒸发在PDIN层的顶部沉积130nm的顶部Al电极，以完成整个器件的制备，从而产生0.012cm的活性面积²对于普通设备，通过荫罩。

载波移动性测量

电流密度-电压(J–V（V）)使用计算机控制的Keithley 2612B在低真空环境中记录所有器件的特性曲线。采用SCLC方法测量了的载流子迁移率，然后用莫特-格尼平方定律拟合暗电流计算了载流子的迁移率。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

支持信息

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致谢

H.H.和X.M.为这项工作做出了同等贡献。这项工作得到了国家自然科学基金（12204272号）、山东省自然科学基金重大项目（ZR2019ZD43号）和山东省自然基金（ZR2021QF016号）的支持。H.Y.感谢山东大学齐鲁青年学者项目的支持。J.Y.感谢国家自然科学基金（No.52073198）、江苏省自然科学基金会（No.BK20211598）、CAST青年杰出科学家资助项目的支持。

笔记

胡宏、穆欣、李斌、桂瑞、史瑞、陈涛、刘杰、袁杰、马杰、高凯、郝欣、殷宏、。，单组分有机太阳能电池中电子输运的理想均匀性和再现性.高级科学。2023,10, 2205040. 10.1002/advs.202205040[PMC免费文章][公共医学] [交叉参考][谷歌学者]

参与者信息

袁建宇，电子邮件：nc.ude.adus@nauyyj.

高坤，电子邮件：nc.ude.uds@千克.

郝晓涛，电子邮件：nc.ude.uds@txoah.

杭尹，电子邮件：nc.ude.uds@niyh.

数据可用性声明

本文的补充材料中提供了支持本研究结果的数据。

工具书类

1李S.、袁X.、张琦、李斌、李毅、孙杰、冯毅、张旭、吴忠、魏宏、王明、胡毅、张毅、吴宏、袁杰、马伟、。，高级主管。2021,33, 2101295. [公共医学][谷歌学者]

2吴瑜、郭杰、王伟、陈泽、陈泽，孙锐、吴奇、王涛、郝欣、朱宏、闵杰、。，焦耳2021,5, 1800.[谷歌学者]

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