有机太阳能电池（OSCs）因其轻质、柔性及可溶液加工等优势成为前景广阔的光伏技术，尤其Y系列受体推动其效率突破21%，但产业化进程面临三大关键科学问题：一是Y系列受体因强分子间作用力导致成膜时成核过快（<210 ms），限制了理想纤维状网络的形成，引发给受体过度混合或聚集，损害激子解离与电荷传输平衡，并影响器件稳定性；二是厚膜制备中活性层形貌难以精准调控，导致相分离尺度失衡与分子取向无序，严重制约电荷高效分离与传输；三是绿色溶剂（如甲苯）替代传统卤素溶剂过程中，缺乏针对溶剂-添加剂-材料相互作用的靶向设计原则，活性层形貌演化机制不明确，工艺优化依赖经验法来试错。

为提升有机太阳能电池性能并推动其产业化进程，新材料与新能源学院李顺朴团队张光烨副教授课题组（王宇飞助理教授和陈露副研究员）从活性层前端的分子设计和后端的形貌调控角度出发，系统性地解决了上述关键难题。针对Y系列受体材料成核过快（<210毫秒）导致形貌失控与稳定性不足的问题，提出“延缓成核”策略，团队设计并合成了一种以溴化苊并喹喔啉（AQx-Br）为核心的不对称受体T10，将其作为调节成核的三元组分，扩展的AQx-Br核心通过提供多位点分子堆叠，成功将受体成核时间延长至280毫秒，且与给体和受体形成互补吸收与级联能级排列。分子间偶极介导非共价相互作用，促进了给受体的适度混合，形成定制的纤维状形貌，优化分子堆叠与相分离形貌，最终实现19.91%的效率，并在五个Y系列体系中均已证实，且效率均突破20%以上（最高可达20.67%，华南国家计量中心认证为20.10%）。针对厚膜制备中形貌劣化及绿色溶剂加工难题，开发了低聚物添加剂调控策略，通过“先扬（增强预聚集，采取溶解性低的无卤溶剂甲苯）—后抑（采取基底加热抑制聚集）”的双重调控机制，实现了对活性层形貌的精准控制，有效抑制电子-声子耦合，促进给体-受体形成更均衡的纤维状互穿网络，并增强分子的面朝向排列。在500纳米厚膜中实现17.9%的效率，是目前经独立认证的厚膜OSCs最高效率纪录。针对高沸点溶剂或添加剂的选用和优化很大依赖经验法试错，通过引入异构化添加剂，建立非共价作用介导的顺序沉积工艺中溶胀调控新机制，在甲苯溶剂体系中实现全聚合物(17.38%)和聚合物给体-小分子受体(20.0%)器件的双重突破，揭示上层受体溶液引入添加剂策略在优化结晶动力学与垂直相分离中的独特优势，为绿色溶剂加工高性能有机光伏器件提供理论指导与工艺蓝图。相关研究成果发表在一系列国际顶级期刊上，具体如下：

研究工作1：不对称溴化受体延长成核策略助力多体系有机太阳能电池效率均超过20%

该工作在国际顶级期刊Advanced Materials（IF：26.8；中科院一区）上以“Prolonged-Nucleation Strategy via an Asymmetric Brominated Acceptor Enables > 20% Efficiency in Five Different Organic Solar Cells”为题发表。论文第一完成单位为深圳技术大学新材料与新能源学院。共同第一作者为硕士研究生高川林、王宇飞助理教授；通讯作者为王宇飞助理教授、张光烨副教授及深圳大学罗正辉副教授。新材料与新能源学院李顺朴教授、韩培刚教授为论文共同作者。

全文链接（https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202517576）

图1 延迟成核策略诱导定制纤维状活性层形貌示意图

研究工作2：基于聚集调控与添加剂工程实现接近18%效率的500 nm厚膜有机太阳能电池

该工作在国际顶级期刊Advanced Materials（IF：26.8；中科院一区）上以“High Efficiency (~18%) Organic Solar Cells with 500 nm-Thick Toluene Cast Active Layer by Aggregation Manipulation and Additive Engineering”为题发表。深圳技术大学新材料与新能源学院为论文第一完成单位。新材料与新能源学院陈露副研究员为该论文的第一作者，新材料与新能源学院李顺朴教授、张光烨副教授为该论文的通讯作者，香港理工大学教授为该论文的共同通讯作者。

全文链接https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202508209

图2 添加剂改善纤维状形貌示意图以及器件效率统计图

研究工作3：给体二次成核调控策略助力碳氢溶剂处理二元有机光伏器件效率突破20%

文章在材料领域国际顶级期刊Nano-Micro Letters（IF=36.3；中科院一区）上以“Achieving 20% Toluene-Processed Binary Organic Solar Cells via Secondary Regulation of Donor Aggregation in Sequential Processing”为题发表。深圳技术大学新材料与新能源学院为论文第一完成单位。新材料与新能源学院王宇飞助理教授和硕士研究生生高川林为论文的共同第一作者，张光烨副教授为该论文的唯一通讯作者。新材料与新能源学院李顺朴教授、韩培刚教授、仇明侠教授、何斌教授、唐泽副教授为论文共同作者。

全文链接（https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-025-01715-2）

图3 顺序沉积工艺中给体二次成核调控示意图

以上研究获得深圳市超金刚石与功能晶体应用技术重点实验室、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省教育厅项目的资助、深圳市基础与应用基础研究基金。张光烨课题组近期的工作为进一步优化有机太阳能电池性能提供了一条新的途径，同时也为进一步开发高性能和稳定的有机太阳能电池及其商业化提供了助力。

稿件来源：新材料与新能源学院