有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSCs）的能量轉(zhuǎn)換效率超過(guò)20%，形貌優(yōu)化在其中發(fā)揮了重要作用。研究者們普遍認(rèn)為加工溶劑（或溶劑混合物）有助于優(yōu)化形貌，影響OSC效率。

2024年12月4日，瑞典林雪平大學(xué)高峰教授、吉林大學(xué)王同輝教授、蘇州大學(xué)李耀文教授在國(guó)際頂級(jí)期刊Nature Energy發(fā)表題為《Equally high efficiencies of organic solar cells processed from different solvents reveal key factors for morphology control》的研究論文，Rui Zhang為論文第一作者，高峰教授、王同輝教授、李耀文教授為論文共同通訊作者。

高峰，瑞典林雪平大學(xué)教授。2004年和2007年在南京大學(xué)獲得學(xué)士和碩士學(xué)位，2011年劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室獲得博士學(xué)位。隨后加入瑞典林雪平大學(xué)。目前在西湖大學(xué)人工光合作用與太陽(yáng)能燃料中心作訪問(wèn)教授。

高峰教授的研究興趣為可溶液加工的光電器件及機(jī)理，主要基于有機(jī)和鈣鈦礦半導(dǎo)體材料。他作為通訊作者在Science、Nature, Nature Materials、Nature Photonics、Nature Energy、 Nature Electronics等雜志發(fā)表相關(guān)工作。

王同輝，吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，國(guó)家級(jí)青年人才。2006年、2014年在吉林大學(xué)獲得學(xué)士和博士學(xué)位。2014-2020年先后在阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)、佐治亞理工學(xué)院從事博士后研究，2020-2021年在亞利桑那大學(xué)作研究科學(xué)家，現(xiàn)任職于吉林大學(xué)。

王同輝教授的研究方向?yàn)橛袡C(jī)光伏、催化、計(jì)算機(jī)模擬。他長(zhǎng)期從事有機(jī)光伏領(lǐng)域的理論研究工作，發(fā)展了緊密結(jié)合長(zhǎng)程修正密度泛函理論和全原子分子動(dòng)力學(xué)的方法。相關(guān)工作以第一/共同第一作者發(fā)表在Matter、Nature Communications、AEM、AFM、JACS等期刊上，并受邀在Nat Rev Mater和Trends Chem發(fā)表綜述文章。

李耀文，蘇州大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)部教授、研究生院副院長(zhǎng)，國(guó)家杰青，國(guó)家優(yōu)青。2005年、2010年在吉林大學(xué)獲得學(xué)士、博士學(xué)位（導(dǎo)師：田文晶教授）。2010年加入蘇州大學(xué)，期間2011-2014年在中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所從事博士后研究，合作導(dǎo)師：陳立桅研究員；2015-2016年在美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校作訪問(wèn)學(xué)者。

李耀文教授的研究領(lǐng)域：1. 柔性透明電極開(kāi)發(fā)及柔性光電子器件；2. 有機(jī)聚合物、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料及器件；3. 可印刷光伏材料及關(guān)鍵技術(shù)。他長(zhǎng)期從事可印刷光伏材料及器件（有機(jī)、鈣鈦礦）相關(guān)研究，尤其在可印刷太陽(yáng)能電池材料合成、新型器件結(jié)構(gòu)探索，大面積光伏印刷技術(shù)及功能場(chǎng)景應(yīng)用器件開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵制備工藝及機(jī)理研究方面取得了一系列研究成果。共發(fā)表SCI論文100余篇，被引用1萬(wàn)余次。

在這里，作者開(kāi)發(fā)的OSCs對(duì)一系列加工溶劑表現(xiàn)出很強(qiáng)的耐受性，所有器件均實(shí)現(xiàn)約19%的高功率轉(zhuǎn)換效率。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究溶液狀態(tài)、成膜動(dòng)力學(xué)和加工薄膜的特性，作者確定了控制形貌的關(guān)鍵因素，即受體的側(cè)鏈與溶劑之間的相互作用以及供體和受體之間的相互作用。

作者的工作為長(zhǎng)期存在的形貌控制問(wèn)題提供了新的理解，并為實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)OSC材料提供了有效指導(dǎo)，其中大規(guī)模加工需要綠色溶劑。

圖1：化學(xué)結(jié)構(gòu)、不同溶劑中的吸收光譜及Flory-Huggins相互作用參數(shù)的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算

圖2：PM6:BTP-TC8和PM6:BTP-TO2混合溶液中的各組分間的相互作用

圖3：通過(guò)OEG側(cè)鏈與溶劑的強(qiáng)相互作用控制的剛性分子構(gòu)象示意圖

圖4：從溶液到薄膜的組分沉積動(dòng)力學(xué)及混合薄膜的晶體性能

圖5：器件的光伏性能

綜上，作者研究了有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSCs）的形貌控制，通過(guò)開(kāi)發(fā)對(duì)加工溶劑具有強(qiáng)耐受性的新型受體材料BTP-TO2，實(shí)現(xiàn)了不同溶劑處理下均能保持高效率的OSCs，揭示了形貌控制的關(guān)鍵因素，并為設(shè)計(jì)實(shí)用化的OSC材料提供了有效指導(dǎo)。

研究人員發(fā)現(xiàn)了通過(guò)增強(qiáng)受體材料側(cè)鏈與溶劑之間的相互作用以及減弱給體與受體之間的分子間相互作用，可以實(shí)現(xiàn)溶劑不敏感的OSC形態(tài)，這對(duì)于推動(dòng)使用環(huán)境友好型溶劑的高性能OSCs的商業(yè)化發(fā)展具有重要意義。

這項(xiàng)工作不僅提高了對(duì)OSC形貌控制的理解，還為未來(lái)有機(jī)光伏技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和大規(guī)模生產(chǎn)提供了新的設(shè)計(jì)原則和策略。

Zhang, R., Chen, H., Wang, T.et al.?Equally high efficiencies of organic solar cells processed from different solvents reveal key factors for morphology control.?Nat Energy (2024).