近日，我院海杰峰教授與東華大學胡華偉教授、香港科技大學（廣州）吳佳瑩教授團隊合作，在有機太陽能電池（OSCs）非富勒烯受體材料設計與光伏性能提升領域取得重要進展。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，在國際材料科學頂級期刊《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，在柔性電子和建筑光伏一體化等領域具有廣闊應用前景。然而，其能量轉化效率（PCE）長期以來受到活性層形貌無序和能量損失大的制約。如何通過頂層的分子設計精確調(diào)控活性層微觀結構，是實現(xiàn)PCE進一步突破的關鍵科學難題。針對這一挑戰(zhàn)，研究團隊創(chuàng)新性地提出了“不飽和乙烯基支鏈（Unsaturated Vinyl Branching, UVB）”分子設計策略。通過在經(jīng)典A-DA'D-A型非富勒烯受體材料Y6-OD的稠環(huán)核內(nèi)側鏈中引入UVB單元結構，設計并合成了一種新型受體材料BTP-vinyl。該策略巧妙實現(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，其剛性與電子特性增強了分子間的非共價相互作用，并降低了空間位阻，從而促進了分子更緊密、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)化的聚集動力學、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OSCs 20%的效率閾值。該工作通過詳盡的單晶解析、成膜動力學、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、促進電荷傳輸?shù)确矫娴暮诵淖饔脵C制。
近年來，海杰峰教授課題組圍繞高性能非富勒烯受體材料的設計與應用開展了系統(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的分子側鏈工程新策略，為解決有機光伏中形貌控制與能量損失相互制約的瓶頸問題提供了新的思路和有效途徑，是課題組在該領域長期積累后的又一標志性成果。該研究工作得到了廣西自然科學基金、廣西重點實驗室主任基金等項目的資助。
不飽和乙烯基支鏈優(yōu)化活性層堆積的分子設計策略
（一審：海杰峰 二審：馬文碩 三審：潘宏程）
