2022年5月5日，国际知名学术期刊Nature Materials刊发课题组最新研究工作，通过双纤维网络策略制备的有机太阳能电池光电转换效率达到19.6%，填充因子接近82%，并获第三方独立机构福建省计量科学研究院国家光伏产业计量测试中心的认证（NPVM：19.2%），是目前有机太阳能电池单结器件报道的最高效率。基于双纤维形貌的形成机制，课题组总结了构筑双纤维形貌结构的材料选择原则并验证了其普适性，该工作实现了有机光伏薄膜形貌特征尺度与光物理核心参数的匹配，为后续高效率有机太阳能电池的制备提供了新思路。

近年来，非富勒烯受体（NFAs）材料的开发拓展了活性层的光谱吸收范围，优化了异质节的能级配对，器件效率大幅提升，现今单节电池效率已达到19.6% （Nature Materials, 2022, DOI:10.1038/s41563-022-01244-y）。非富勒烯受体一般具有良好的结晶性，共轭聚合物给体一般表现出纤维结晶形态，因此非富勒烯有机光伏电池薄膜表现出了双结晶性功能相与非结性共混相，呈现出多尺度相分离形貌。该形貌框架界面多元，其组成与特征尺寸对激子解离、电荷传输、载流子复合具有重要影响。为了探索多尺度形貌下的光电转换过程，课题组博士生郝天雨、博士后钟文楷、硕士生冷石峰通过理论与实验相结合的方法，构建了双晶体态分散在共混态中的多尺度形貌模型，并与均一共混形貌、二元插指形貌进行对比，研究多尺度形貌的光电转换特征。通过定义形貌依赖性的激子解离率，依据有机给受体材料的基本物性，可使用扩散-漂移方法来模拟器件工作过程，预测器件性能。该工作以“The Structure-Performance Correlation of Bulk-Heterojunction Organic Solar Cells with Multi-Length-Scale Morphology”为题发表于 Science China Chemistry上。

近日，课题组博士生徐锦秋深入探索了NFA分子的结晶结构与自组装过程，分析了分子间作用力对分子有序组装的影响规律，建立了较为系统的NFA晶体与薄膜形貌的研究方法，揭示了非富勒烯有机光伏电池双通道载流子形成机制。这些结果对有机光伏材料结构与光电转换过程提供了新的认知，有助于新材料的开发。该论文已发表于国际顶级材料期刊《Advanced Materials》上，题为“The Molecular Ordering and Double-Channel Carrier Generation of Nonfullerene Photovoltaics within Multi-Length-Scale Morphology”。

课题组选用了当前高效的全聚合物体系（PTzBI-Si:N2200），采用狭缝涂覆的制备方法，通过加工溶剂的选择及不同的后处理方式（热退火、溶剂退火）将共混膜形貌锁定在合适的动力学路径中，并最终实现了11.76%的能量转换效率，这是目前全聚合物太阳能电池体系报导的最高效率，该成果发表在Advanced Materials上。

课题组通过对非富勒烯受体Y6的单晶结构解析、薄膜形貌及器件物理等方面的细致探究，揭示了Y6作为新一代明星受体分子取得高效率的原因。基于非富勒烯受体Y6的器件性能高度依赖于Y6的晶体堆积和共混膜形貌。

二维钙钛矿作为比三维钙钛矿更稳定的新型半导体材料，在光伏器件领域得到了广泛关注和研究。目前，通过添加剂工程调控钙钛矿的晶格取向性、薄膜结晶质量以及减少非辐射复合中心获得了19%以上的高效率。

有机光伏薄膜活性层形貌是提升器件能量转换效率的重要因素，多维度、多层次对有机光伏薄膜形貌进行优化是本领域研究的重要组成部分。为了制备更高效率的器件，除了在制膜过程中对形貌进行优化外，在薄膜后续加工处理中对形貌也需要进行进一步优化。

近年来，有机光伏领域由于新型受体材料的开发而迅速发展，器件光电转换效率已经超过17%。由于有机半导体中光生激子的本征物理特性，以及有机半导体薄膜较低的迁移率，本体异质结形貌优化一直是影响器件性能的关键因素。

近年来，有机光伏领域由于新型受体材料的开发而迅速发展，器件光电转换效率已经超过18%。由于有机半导体中光生激子的本征物理特性，以及有机半导体薄膜较低的迁移率，本体异质结形貌一直是影响器件性能的关键因素。早期的研究中，受体材料主要采用富勒烯受体PCBM，该材料电子传输性能好，结晶性弱，形貌简单。