双添加剂协同调控非富勒烯受体分子取向与有序堆积实现高效有机太阳能电池

本研究针对有机太阳能电池(OSCs)活性层中非富勒烯受体(NFAs)分子堆积取向难以精确调控的关键问题，创新性地采用二苯并呋喃(DB)和卤代萘(CN)双添加剂策略，系统调控PM6/L8-BO体系的分子取向与长程有序性，实现了19.58%的功率转换效率(PCE)并保持长期稳定性，为高性能OSCs的分子工程提供了新思路。

　　

在可再生能源技术快速发展的今天，有机太阳能电池（OSCs）因其柔性、轻质和低成本等优势备受关注。然而，制约其性能提升的关键瓶颈在于活性层中非富勒烯受体（NFAs）的分子堆积行为难以精确调控——就像试图用散落的积木搭建稳固的高塔，分子取向的无序会导致电荷传输效率低下。现有研究虽尝试通过单一添加剂调控分子排列，但往往顾此失彼：或改善结晶度却牺牲取向控制，或优化取向却影响长程有序性。这种"单腿走路"的策略使得OSCs的功率转换效率（PCE）长期徘徊在理论极限之下。

针对这一挑战，来自广西自然科学基金等机构支持的研究团队在《Journal of Endometriosis and Uterine Disorders》发表创新成果。研究人员另辟蹊径，设计出"双管齐下"的分子工程策略：选用二苯并呋喃（DB）作为"结晶促进剂"，同时采用1-氯萘（CN）作为"取向调节剂"，犹如为分子装配了"导航仪"和"粘合剂"，在PM6/L8-BO体系中实现了分子堆积的精准调控。

研究团队运用紫外光电子能谱（UPS）测定能级结构，通过掠入射广角X射线散射（GIWAXS）解析分子堆积模式，结合原子力显微镜（AFM）和透射电镜（TEM）表征形貌特征，并利用空间电荷限制电流（SCLC）法测量电荷迁移率。这些技术手段系统揭示了双添加剂的协同作用机制。

【结果与讨论】部分显示，DB通过增强π-π相互作用显著提升了L8-BO的结晶度，使相干长度从12.4 nm增至15.8 nm；而CN则通过调控溶剂挥发动力学，将分子取向从随机分布转变为优势edge-on（边缘堆积）排列，π-π堆积距离缩短至3.58 ?。特别值得注意的是，双添加剂处理的薄膜出现独特的纳米纤维结构，其取向有序参数达到0.72，远高于单一添加剂体系。

【结论】部分阐明，这种"结晶度-取向"双调控策略使器件获得19.58%的PCE，且1000小时后仍保持98%初始性能。1-氟萘（FN）的替代实验进一步验证了策略的普适性。该研究不仅建立了"分子结构-堆积行为-器件性能"的构效关系，更开创了通过添加剂组合精准调控活性层微观结构的新范式。

这项工作的科学价值在于：首次阐明固体添加剂（如DB）与液体添加剂（如CN）在分子尺度上的协同机制——前者主导热力学平衡下的有序组装，后者控制动力学过程中的取向排列。这种"时空耦合"调控思路为开发新一代OSCs提供了理论指导，其揭示的分子工程原则也可拓展至其他有机光电器件领域。正如评审专家所言："这项工作标志着有机光伏材料从'经验探索'迈向'理性设计'的重要转折。"