近日，我院海杰峰教授與東華大學(xué)胡華偉教授、香港科技大學(xué)（廣州）吳佳瑩教授團(tuán)隊(duì)合作，在有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSCs）非富勒烯受體材料設(shè)計(jì)與光伏性能提升領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究成果以“Unsaturated Vinyl Branching: A Molecular-Tailoring Strategy for Synergistic Stacking Regulation and Energy-Loss Suppression toward 20%-Efficiency Organic Solar Cells”為題，在國(guó)際材料科學(xué)頂級(jí)期刊《Advanced Materials》（影響因子28.6）上發(fā)表。我校為該論文的第一完成單位，碩士研究生張焱焱為共同第一作者，海杰峰教授為第一通訊作者。
OSCs因其質(zhì)量輕、柔性好、可溶液加工等優(yōu)點(diǎn)，在柔性電子和建筑光伏一體化等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。然而，其能量轉(zhuǎn)化效率（PCE）長(zhǎng)期以來(lái)受到活性層形貌無(wú)序和能量損失大的制約。如何通過(guò)頂層的分子設(shè)計(jì)精確調(diào)控活性層微觀結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)PCE進(jìn)一步突破的關(guān)鍵科學(xué)難題。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了“不飽和乙烯基支鏈（Unsaturated Vinyl Branching, UVB）”分子設(shè)計(jì)策略。通過(guò)在經(jīng)典A-DA'D-A型非富勒烯受體材料Y6-OD的稠環(huán)核內(nèi)側(cè)鏈中引入UVB單元結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并合成了一種新型受體材料BTP-vinyl。該策略巧妙實(shí)現(xiàn)了雙重功能協(xié)同：乙烯基分支在保證材料良好溶解性的同時(shí)，其剛性與電子特性增強(qiáng)了分子間的非共價(jià)相互作用，并降低了空間位阻，從而促進(jìn)了分子更緊密、更有序的三維堆積。研究顯示，基于D18:BTP-vinyl的活性層表現(xiàn)出優(yōu)化的聚集動(dòng)力學(xué)、高度有序的面朝上取向及適中的相區(qū)尺寸，顯著提升了激子解離與電荷傳輸效率。二元器件實(shí)現(xiàn)了19.6%的優(yōu)異PCE（VOC = 0.921 V, JSC = 27.25 mA cm-2, FF = 77.9%），全面超越基于Y6-OD的對(duì)照器件（18.1%）。更令人振奮的是，將BTP-vinyl作為第三組分引入D18:L8-BO體系，制備的三元器件獲得了20.06%的冠軍PCE，成功跨越了單結(jié)OSCs 20%的效率閾值。該工作通過(guò)詳盡的單晶解析、成膜動(dòng)力學(xué)、光電物理和形貌表征，深入揭示了UVB策略在調(diào)控分子堆積、抑制能量損失、促進(jìn)電荷傳輸?shù)确矫娴暮诵淖饔脵C(jī)制。
近年來(lái)，海杰峰教授課題組圍繞高性能非富勒烯受體材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用開展了系統(tǒng)深入的研究，取得了一系列創(chuàng)新成果（Advanced Energy Materials 2023, 13, 2203009; Advanced Functional Materials 2023, 33, 2213429; Advanced Functional Materials 2021, 31 (51), 2105458; Chemical Engineering Journal 2025, 503: 158263; Chemical Engineering Journal 2023, 462, 142178; Chemical Engineering Journal 2022, 430, 132830; Science China Chemistry 2023, 66(1), 242-250; Sensors and Actuators: B. Chemical 2025, 438, 137807; Chemical Communications 2023, 59(41): 6183-6186）。此項(xiàng)研究不僅開發(fā)了一種高效的新型受體材料，更重要的是提供了一種普適性強(qiáng)的分子側(cè)鏈工程新策略，為解決有機(jī)光伏中形貌控制與能量損失相互制約的瓶頸問(wèn)題提供了新的思路和有效途徑，是課題組在該領(lǐng)域長(zhǎng)期積累后的又一標(biāo)志性成果。該研究工作得到了廣西自然科學(xué)基金、廣西重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任基金等項(xiàng)目的資助。
不飽和乙烯基支鏈優(yōu)化活性層堆積的分子設(shè)計(jì)策略
（一審：海杰峰 二審：馬文碩 三審：潘宏程）
