（通讯员/陈磊）近日，杭州北航国际创新研究院（学院）碳中和国际研究中心孙艳明教授团队在有机太阳能电池的绿色制备、新型二聚体受体材料的设计合成以及全聚合物太阳能电池活性层形貌调控方面取得重要进展。相关研究成果分别发表在国际顶级化学期刊Angewandte Chemie-International Edition，以及国际顶级材料期刊Advanced Materials上，恭喜孙艳明教授团队！
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202404297
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202403890
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202406922
上述研究成果均以杭州北航国际创新研究院（学院）为第一完成单位，北航宋佳利博士后、李云博士为论文的第一作者，北航孙艳明教授、香港科技大学颜河教授和李超博士后以及苏州大学陈先凯教授为论文的共同通讯作者。上述工作获得了国家自然科学基金重点项目、北京市自然科学基金重点项目等的支持。
有机太阳能电池因其具有质量轻、成本低、可溶液加工、半透明、以及可通过大面积印刷工艺制备等独特优势，逐渐成为学术界和工业界的研究热点。近年来，得益于有机光电材料的革新，器件结构及制备工艺的优化，有机太阳能电池取得了飞速的发展，其光电转换效率已然突破19%。为了进一步加快有机太阳能电池商业化应用进程，其大面积连续化和环保制备工艺的优化、以及光热和机械稳定性的改善将成为未来主要的研究内容。为了解决上述关键性问题，孙艳明教授团队从器件制备工艺的优化及新型二聚体材料设计角度出发，在推动高性能、高稳定性绿色有机太阳能电池发展方面取得了一系列的突破性研究成果。
首先，研究团队通过在PM6:L8-BO-X体系中加入Tri-V的三聚受体，获得了光电转换效率接近20%的非卤素溶剂加工的有机太阳能电池。研究表明，Tri-V的加入有效地抑制了L8-BO-X的过度聚集，调节了分子堆积并优化了相分离形貌，从而减轻了器件中的缺陷态密度，降低了能量损失并抑制了载流子复合。最终，基于PM6:L8-BO-X:Tri-V的器件实现了19.82%的效率，这也是迄今为止所报道的非卤溶剂加工的有机太阳能电池的最高效率。
其次，研究团队以不同长度的柔性烷基链作为链接单元，设计合成了一系列新型二聚受体材料（命名为T1、T4、T6和T12），并研究了它们对应的器件效率、器件稳定性及机械弯折性能。当与PM6混合时，基于T6的器件实现了17.09%的光电转换效率，与完全共轭的基于T0的器件效率相当。分子动力学模拟和密度泛函理论计算表明，柔性共轭断裂连接体（FCBL）可促进分子间电子耦合，从而保持二聚受体良好的电子迁移率。值得注意的是，基于T6的器件表现出十分优异的光照稳定性，其T80寿命为1427小时，而基于T0的器件的T80寿命仅为350小时。这项工作确定了此类二聚受体中柔性烷基连接体的长度与有机太阳能电池性能和稳定性之间的关系，这对于进一步设计新材料以制造高效稳定的有机太阳能具有重要意义。
图1. Tri-V形貌调控机理及新型共轭断裂的二聚物受体分子结构
最后，研究团队通过利用2-烷氧基萘挥发性固体添加剂实现了全聚合物太阳能电池中双纤维网络形貌（DFNM）的构建与优化。研究表明，在薄膜沉积和热退火过程中，2-烷氧基萘的加入可以逐步调节给体和受体分子的聚集。并且，通过改变2-烷氧基萘固体添加剂的烷氧基长度，可以精确地调节固体添加剂分子与主体分子之间的分子间作用力及相容性，从而优化分子聚集过程并促进分子自组装，进而增强分子堆积并优化DFNM。最终，经由2-乙氧基萘加工的PM6:PY-DT-X全聚合物电池可以实现19.50%（认证为19.1%）优异效率，并表现出极佳的光稳定性（T80 = 1750 h）。这项工作揭示了通过固体添加剂策略优化DFNM是提高全聚合物太阳能电池效率及稳定性的一条可行途径。
图2.全聚合物体系活性层双纤维网络形貌
杭州北航国际创新研究院（学院）碳中和国际研究中心光伏与储能平台由光伏和储能两个实验室组成，平台立足于“双碳”的战略目标，以发展可再生清洁能源为主要目的，结合北航优势学科和特色方向，突破瓶颈难题，致力学术成果产业化，搭建市场与科研的桥梁，将基础研究成果转化落地，旨在为实现我国“双碳”目标贡献北航力量。研究内容主要围绕新型太阳能电池器件、模组性能优化、锂电池集成工艺、电压管理系统的开发利用、以及储能材料的设计合成等展开相关研究工作。平台具备国内领先的全流程的光伏器件制备、封装、集成、测试、表征和基础物理研究的设备，以及金属空气电池组装及测试、储能材料合成和表征设备等。
近年来，孙艳明教授团队一直致力于有机光电材料及器件的研究工作，在新型有机光电材料的设计与合成、器件工艺的优化方面取得了一系列突破性进展，已在Nature Energy, Nature Materials, Nature Communications, Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie-International Edition, Advanced Materials等国际期刊上发表一系列高水平学术论文。
杭州北航国际创新研究院（学院）面向世界科技前沿，围绕国家重大战略需求，加快建设高能级科创平台，着力打造世界一流科技人才队伍，有力支撑国家高水平科技自立自强。科技创新，永远在路上！
（审核：洪冠新 陈龙飞）
编辑：谢雨倩
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