近期，用于室内光收集的有机光伏（OPV）器件在效率方面取得了显著进展，其效率已超过 30%，使其成为物联网（IoT）应用的有力候选者。本研究考察了 OPV 器件在模拟室内条件下的耐久性，重点分析了添加剂对器件稳定性的影响。具体而言，研究人员调查了在基于邻二甲苯（o-xylene）加工的二苯并噻吩衍生物（TPD-3F）:富勒烯衍生物（FCC-Cl）共混物的封装太阳能电池中，液体添加剂（二苯醚 DPE 和四氢萘 tetralin）以及固体添加剂（DBDMF）的作用，这些电池暴露于 40°C、80% 相对湿度和 1000 lx 光照条件下。结果表明，添加剂强烈影响器件的稳定性，特别是在初始的“老化（burn-in）”阶段。早期降解主要由活性层的形态决定。值得注意的是，即使是低至 40°C 的温度也在降解过程中起主要作用，导致取决于共混物的相容性、结晶度以及加工过程中所用添加剂影响下的热降解活化能的独特形态变化。重要的是， Incorporating 固体添加剂的样品表现出最稳定的器件性能，与液体添加剂相比，其共混物具有更低的相容性、更高的结晶度，从而具有更高的活化能，同时保持了与液体添加剂相当的性能水平。
**绿色溶剂加工有机太阳能电池室内稳定性的深度解读**
随着物联网（IoT）技术的飞速发展，对低功耗、分布式能源的需求日益增长。有机光伏（OPV）技术凭借其机械柔性、轻质、无有毒重金属以及兼容可扩展印刷工艺等优势，成为室内光能收集的理想选择。近年来，非富勒烯受体（NFA）材料，特别是 Y 系列分子的发展，推动 OPV 在标准太阳光及室内光照条件下的光电转换效率（PCE）分别突破 20% 和 36%。尽管室内环境相对温和（低光子通量、无紫外线、温度适中），有利于器件稳定，但降解挑战依然存在。目前，高性能 OPV 器件的制备多依赖卤代溶剂及添加剂，这与工业化所需的绿色环保理念相悖。虽然已有研究关注绿色溶剂体系，但关于共溶剂和添加剂如何具体影响室内光照条件下 OPV 器件长期稳定性的研究尚显匮乏。鉴于室内环境下器件稳定性更多受限于共混层本征形态及界面耐久性，而非光诱导降解，深入探究添加剂对室内 OPV 稳定性的调控机制显得尤为关键。本研究旨在填补这一空白，系统评估不同绿色添加剂对基于邻二甲苯加工的 TPD-3F:FCC-Cl 体系在模拟室内环境下的稳定性影响。
研究人员选取了 TPD-3F:FCC-Cl 作为光活性材料体系，采用刮刀涂布法在空气中制备 ZnO 电子传输层及活性层，随后在手套箱中沉积 MoO
3空穴传输层和 Ag 顶电极，构建倒置结构器件。研究对比了四种墨水配方：纯邻二甲苯（OXY）、添加 15% 二苯醚（DPE）、添加 20% 四氢萘（Tetr）以及添加 25%（质量分数）挥发性固体添加剂 DBDMF（SolAdd）。器件经玻璃 - 玻璃封装后，置于可控温湿度的气候箱中，在 40°C、80% 相对湿度及 1000 lx LED 光照条件下进行长达 1000 多小时的老化测试。研究综合运用了电流 - 电压（I-V）特性测试、接触角（CA）测量、吸收光谱分析及光束诱导电流（LBIC）mapping 等技术手段，从宏观性能到微观形态全方位解析了添加剂的作用机制。研究结论表明，添加剂显著改变了活性层的微观形态和热力学稳定性，进而决定了器件的抗老化能力。其中，固体添加剂（SolAdd）处理的器件展现出最优的长期稳定性，几乎消除了初始老化阶段，这归因于其诱导形成的低相容性、高结晶度形态以及较高的热降解活化能。该研究成果发表于《Solar RRL》，为开发高效且长寿命的绿色印刷有机光伏器件提供了重要的理论依据和技术路径。
为开展此项研究，研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，利用刮刀涂布工艺在空气环境中制备基于不同绿色添加剂配方的活性层薄膜，并结合热蒸发沉积构建完整的倒置结构器件；其次，搭建了两套互补的室内测试平台，一套用于封装前性能基准测试，另一套配备精密温控湿度调节及多色温 LED 光源的气候箱，用于模拟真实室内环境（40°C, 80% RH, 1000 lx）进行长期老化监测；再次，通过接触角测量结合 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK) 模型计算表面能，进而推导 Flory-Huggins 相互作用参数（χ），以定量评估不同添加剂对给受体相容性的影响；最后，利用不同光强下的 I-V 特性曲线拟合，计算二极管理想因子（n）和双分子复合效率（η
b），以此量化陷阱辅助复合与双分子复合在老化过程中的演变规律。
**研究结果分析**
**2.1 室内有机光伏系统的性能表现**
研究人员首先评估了不同添加剂对器件初始性能的影响。结果显示，封装过程未对器件性能产生负面影响。在 4000 K、1000 lx 光照下，DPE 基器件表现出最高的初始 PCE（19.88%），优于 OXY（18.0%）、SolAdd（17.80%）和 Tetr（17.39%）基器件。性能差异主要源于短路电流密度（J
sc）和填充因子（FF）的变化，而开路电压（V
oc）受影响较小。DPE 基器件在各光照强度下均保持领先，表明其对光强变化具有良好的适应性。
**2.2 室内老化条件下的光伏性能演变**
在加速老化测试中，所有器件均表现出两阶段降解特征：初始 100-150 小时的快速“老化（burn-in）”期和随后的缓慢衰减期。OXY 和 DPE 基器件在老化初期经历显著的 FF 和并联电阻（R
sh）下降，导致 PCE 损失分别超过 8% 和 12%。相比之下，Tetr 基器件老化程度较轻，PCE 损失小于 5%。最为突出的是 SolAdd 基器件，其几乎未出现明显的老化阶段，J
sc甚至在初期略有上升，整体 PCE 损失仅约 1%。在长期稳定性方面，SolAdd 基器件在测试结束时仍保持 82% 的初始效率，且是唯一达到 T80 寿命标准的样品，而 DPE 基器件寿命最短（<500 小时）。
**2.3 陷阱辅助复合与局部降解的演变**
通过分析光强依赖性，研究人员发现器件降解的主要驱动力是陷阱辅助复合的增加。老化初期，所有器件的二极管理想因子（n）均升高，表明陷阱密度增加。虽然双分子复合在老化过程中变化不大，但陷阱辅助复合的加剧导致了 V
oc和 FF 的普遍下降。此外，吸收光谱和 LBIC mapping 结果排除了光漂白和封装失效（如水氧侵入）作为主要降解机制的可能性，进一步证实降解源于活性层内部的形态演变。
**2.4 共混物相容性特征**
接触角测量及 Flory-Huggins 参数（χ）计算表明，添加剂显著改变了给受体间的相容性。SolAdd 处理的共混物表现出比液体添加剂高约 10 倍的χ值，意味着更低的相容性和更强的相分离趋势。同时，表面组分分析显示，不同添加剂导致给体在表面的分布显著不同，DPE 使表面几乎纯化为给体，而 SolAdd 和 Tetr 则维持了较高的给体表面分数。这种形态差异是造成稳定性差异的根本原因。
**2.5 添加剂与温度对老化降解的详细研究**
综合上述结果，研究人员推断，添加剂通过调节共混物的相容性、结晶度及热降解活化能，决定了器件在热应力下的形态稳定性。SolAdd 诱导的低相容性和高结晶度结构有效抑制了高温下的有害形态重组，从而赋予器件卓越的抗老化能力。
**总结与讨论**
本研究系统揭示了共溶剂和添加剂在绿色溶剂加工有机太阳能电池室内稳定性中的关键作用。研究结论表明，虽然液体添加剂（如 DPE）能提升初始效率，但往往以牺牲长期稳定性为代价，主要归因于其诱导的高相容性形态在热应力下易发生不利的微观结构演变。相反，固体添加剂（DBDMF）通过促进低相容性、高结晶度的活性层形态，显著提高了热降解活化能，从而有效抑制了初始老化阶段的陷阱生成和性能衰减，实现了效率与稳定性的最佳平衡。这一发现强调了在开发面向物联网应用的室内光伏器件时，必须将添加剂对形态热力学稳定性的影响纳入核心考量，为设计下一代长寿命绿色印刷光伏器件提供了重要的指导原则。
