桂林理工&东华大学&港科大团队AM：不饱和乙烯基支链策略，实现20%+效率有机太阳能电池

第一作者：李玲、熊文昭、张焱焱

通讯作者：海杰峰、胡华伟、吴佳莹

单位：桂林理工大学，东华大学，香港科技大学

有机太阳能电池（OSCs）具备质轻、柔性、可溶液加工等优势，在柔性电子与光伏建筑一体化领前景广阔。近年来，以Y6为代表的非富勒烯受体（NFAs）大幅提升了电池效率，单结器件已突破20%阈值。然而，性能的进一步提升受限于活性层中分子堆积无序、相分离不理想所导致的能量损失（Eloss）和形貌缺陷。传统侧链工程虽可调控溶解性与堆积行为，但常伴随空间位阻增大、结晶性下降等问题，难以同时实现高结晶性与良好加工性。如何在增强分子间作用力的同时保持溶液可加工性，是当前分子设计面临的关键挑战。

近期，桂林理工大学海杰峰教授、东华大学胡华伟教授与香港科技大学吴佳莹教授合作，在《Advanced Materials》上发表了题为“Unsaturated Vinyl Branching: A Molecular-Tailoring Strategy for Synergistic Stacking Regulation and Energy-Loss Suppression toward 20%-Efficiency Organic Solar Cells”的研究论文。该工作创新性提出“不饱和乙烯支链（UVB）”分子裁剪策略，通过在经典A-DA'D-A型受体材料Y6-OD的稠环核内侧链中引入乙烯基分支，设计合成新型受体BTP-vinyl。UVB设计具有双重协同效应：维持良好溶解性的同时，乙烯基的刚性与电子特性增强了C–H···F/O等多维非共价相互作用，并降低空间位阻，从而促进分子紧密有序的3D堆积。研究显示，基于D18:BTP-vinyl的活性层表现出优化的聚集动力学、高度有序的面朝上取向及适中的相区尺寸，显著提升了激子解离与电荷传输效率。二元器件实现了19.6%的优异PCE（VOC = 0.921 V, JSC = 27.25 mA cm^-2, FF = 77.9%），全面超越基于Y6-OD的对照器件（18.1%）。

进一步将BTP-vinyl作为第三组分引入D18:L8-BO体系，所制备的三元器件效率突破20%关口，达到20.06%。通过单晶解析、原位光谱、GIWAXS、RSoXS及瞬态吸收等多尺度表征，研究系统阐明了UVB策略在调控分子堆积、抑制能量损失、延长激子扩散、降低复合等方面的作用机制，不仅为高性能有机光伏材料的理性设计提供了新范式，也为未来通过精准聚集调控实现高性能、高稳定性有机光伏器件提供了新思路。

未来展望：

本工作发展的UVB策略为有机光伏材料的侧链工程提供了新思路，未来可进一步拓展至其他受体体系，并结合原位表征与理论计算，深入揭示聚集动力学与器件稳定性之间的构效关系，推动OSC向高效率、高稳定性与可规模化制备方向发展。