摘要： 透射电子显微镜（TEM）可用于解析有机体异质结（BHJ）太阳能电池的形貌特征，从而助力器件性能优化。我们先前研究表明，在小分子BHJ层共蒸镀过程中会出现相分离和结晶化现象[1]。通过电子谱成像（ESI）[2]与电子衍射技术发现：在F4ZnPc:C60 BHJ制备过程中，基底材质与基底温度对光活性层形貌具有显著影响。器件采用倒置结构[3]或常规结构会影响晶体生长方式，进而改变成膜过程中的相分离行为。研究发现，BHJ薄膜制备时加热基底可提升倒置器件的效率，但对常规器件无改善效果。虽然ESI检测显示基底加热促进了两种材料的分相，但该现象无法解释不同器件架构的效率差异。电子衍射数据表明结晶度在此起关键作用。 由于常规ESI与电子衍射仅能提供BHJ层二维投影的材料分布与结晶度信息，我们采用高分辨电子断层扫描技术来解析三维结构。分别将F4ZnPc:C60共蒸镀于纯F4ZnPc和C60基底上，在FEI Titan Krios电镜中通过低剂量与液氮冷冻条件进行测量——这对?；ぱ罚ㄓ绕涫瞧浣峋Ф龋┲凉刂匾蛭蓟牧希ㄈ鏑60）极易受电子辐照损伤。图1展示了C60基底BHJ的明场TEM图像（黑色标记的金标点用于倾斜序列校准），所有倾斜序列图像均显示如(A,B,C)标记的结晶区域，其晶面间距在功率谱中可识别为C60特征值（红色：0.85 nm，绿色：0.5 nm，蓝色：0.44 nm）。如图所示，此类结晶态虽能在高分辨电子断层图中呈现，但仅适用于高倍率下的小体积区域。要获得具有统计显著性的不同器件架构结晶度分布，需分析更大体积样本。受探测器尺寸限制，需采用更低放大倍数导致分辨率下降，但在该成像条件下纯晶体的特征表现为三维低方差——即通过分割的三维方差图可轻松获取晶体分布。 图2展示了此类样本断层重建的切片图像，对比了C60基底BHJ薄膜与F4ZnPc基底BHJ的对应截面（金标点指示BHJ薄膜顶部）。红色叠加层标出了均匀结晶区域。分析表明：两种器件架构中均存在贯穿整个薄膜的大尺寸C60晶体，导致薄膜表面极为粗糙。倒置器件中这些晶体能以多晶C60基底为晶种实现全层生长，而常规BHJ的C60晶体仅从薄膜中部开始形成。结合器件性能数据发现：贯穿BHJ层生长的C60晶体对高效器件至关重要。