貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院呂夢(mèng)嵐教授團(tuán)隊(duì)致力于有機(jī)/鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的前沿研究，2025年以來(lái)在陽(yáng)極界面材料設(shè)計(jì)、陰極界面材料設(shè)計(jì)以及活性層形貌調(diào)控等方面取得了系統(tǒng)性創(chuàng)新成果，相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Advanced Materials、Energy &Environmental Science、Angewandte Chemie International Edition和ACS Energy Letters上，多項(xiàng)成果創(chuàng)下同時(shí)期紀(jì)錄。

團(tuán)隊(duì)針對(duì)自組裝空穴傳輸単分子層溶解性差和易聚集的難題，設(shè)計(jì)了兩種噻吩擴(kuò)環(huán)的咔唑類(lèi)SAMs（2PAThCz和4PAThCz）。研究發(fā)現(xiàn)，在咔唑3,6-位引入非稠合噻吩單元可完全改變分子堆積行為，形成更緊湊的π-π堆積，增大分子偶極矩。其中，4PAThCz憑借更長(zhǎng)的烷基鏈間隔基，展現(xiàn)出優(yōu)異的溶解性、抑制的自聚集行為和高度有序的分子排列?；?PAThCz的三元器件實(shí)現(xiàn)了 20.78% 的光電轉(zhuǎn)換效率（第三方認(rèn)證20.45%），這是當(dāng)時(shí)基于自組裝空穴傳輸單分子層的有機(jī)光伏的最高效率紀(jì)錄。

綜合上述工作，受邀撰寫(xiě)綜述，系統(tǒng)總結(jié)了咔唑類(lèi)自組裝單分子層作為空穴傳輸層在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和有機(jī)太陽(yáng)能電池中的研究進(jìn)展。文章基于自組裝単分子層的錨定基團(tuán)、間隔基團(tuán)和功能基團(tuán)全面梳理了咔唑類(lèi)自組裝単分子層的分子設(shè)計(jì)策略，并將其歸納為四大類(lèi)：甲氧基化、共軛擴(kuò)展、鹵代和不對(duì)稱(chēng)化。文章詳細(xì)闡述了每種策略對(duì)分子偶極矩、能級(jí)排列、表面潤(rùn)濕性及器件性能的影響規(guī)律，并系統(tǒng)總結(jié)了當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)—溶解性、成膜質(zhì)量、長(zhǎng)期穩(wěn)定性—及相應(yīng)的解決方案。該綜述為自組裝単分子層的理性設(shè)計(jì)提供了完整的理論框架和實(shí)用指導(dǎo)。

為突破傳統(tǒng)陰極界面材料本征載流子密度低、導(dǎo)電性差的瓶頸，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了“雙分子互摻雜”策略。通過(guò)將有機(jī)陰極界面材料PDINN與氨基功能化碳納米管（CNT2N）復(fù)合，構(gòu)建了四種摻雜機(jī)制（PDINN自摻雜、CNT2N自摻雜、以及兩種雙向分子間互摻雜）。研究表明，PDINN與CNT2N之間存在三種電荷轉(zhuǎn)移模式和強(qiáng)π-π堆積相互作用，形成了多維電荷傳輸網(wǎng)絡(luò)。基于PDINN-CNT2N的二元器件實(shí)現(xiàn)了20.05%的效率；在三元體系中，效率進(jìn)一步提升至 20.72%（第三方認(rèn)證20.33%）。同時(shí)，器件在空氣中和氮?dú)猸h(huán)境下均表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

基于前工作的啟示，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)梳理了陰極界面材料的發(fā)展歷程，探討了面向有機(jī)太陽(yáng)能電池應(yīng)用的陰極界面材料最新研究進(jìn)展，從材料類(lèi)型、分子結(jié)構(gòu)、制備工藝及工作機(jī)理等多個(gè)維度對(duì)其進(jìn)行了深入分析。

有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層的納米尺度形貌是決定激子產(chǎn)生、解離和電荷傳輸?shù)年P(guān)鍵因素。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地引入固體添加劑分子異構(gòu)化工程，系統(tǒng)研究了三種碘代三氯苯異構(gòu)體（4TCB、2TCB、1TCB）作為固體添加劑對(duì)活性層形貌的影響。其中，1TCB具有適中的偶極矩，與給體D18和受體L8-BO均表現(xiàn)出最強(qiáng)的分子間相互作用。這種強(qiáng)相互作用有效促進(jìn)了給體的J-聚集，優(yōu)化了活性層的成膜動(dòng)力學(xué)，最終誘導(dǎo)形成了理想的雙連續(xù)互穿網(wǎng)絡(luò)形貌。飛秒瞬態(tài)吸收光譜表征進(jìn)一步證實(shí)，1TCB的引入顯著加快了空穴轉(zhuǎn)移速率和激子解離效率?；?TCB的二元器件取得了20.94%的光電轉(zhuǎn)換效率（第三方認(rèn)證20.42%）和高達(dá)83.93%的填充因子。該項(xiàng)工作創(chuàng)造了目前有機(jī)太陽(yáng)能電池填充因子的最高記錄。此外，器件還展現(xiàn)出優(yōu)異的存儲(chǔ)穩(wěn)定性，T80壽命超過(guò)10,000小時(shí)。

團(tuán)隊(duì)受邀撰寫(xiě)綜述，系統(tǒng)總結(jié)了揮發(fā)性固體添加劑在有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的研究進(jìn)展。該綜述將已報(bào)道的固體添加劑分為苯衍生物、噻吩衍生物及其他類(lèi)型三大類(lèi)，系統(tǒng)闡明了其結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系及工作機(jī)制。文章還深入探討了固體添加劑策略當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)，包括殘留問(wèn)題、高溫退火對(duì)柔性基板的損傷、系統(tǒng)兼容性及環(huán)境可持續(xù)性等，并提出了未來(lái)研究方向。

另外，團(tuán)隊(duì)還與嘉興大學(xué)周二軍教授合作在國(guó)際頂級(jí)期刊Angewandte Chemie International Edition發(fā)表了文章（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202515114），文章創(chuàng)新性地提出了“多胞胎受體”的方法大幅度簡(jiǎn)化了QOSCs的材料合成與器件制備流程。

編輯：馮月成 龐愛(ài)忠

責(zé)編：李旭鋒

編審：姚作舟