近日，我校工学部电子科学与工程学院（微电子学院）章勇团队及合作者在聚噻吩有机太阳电池的研究中取得重要进展，相关成果以“Nucleation driving force-controlled fibril network formation enables polythiophene solar cells with exceeding 18% efficiency from non-halogenated solvent”为题发表在国际知名学术期刊Energy & Environmental Science上。该院2022级硕士生李疆龙、华南理工大学博士生谢东生和博士后袁熙越为论文共同第一作者，华南理工大学段春晖教授、博士后袁熙越以及我校章勇教授为论文通讯作者，我校为共同完成单位。相关研究工作得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省创新团队科研计划等科研项目的资助。

聚噻吩具有结构简单、合成成本低等优势，是最有希望大规模生产的有机太阳电池给体材料，但其能量转换效率受限于活性层形貌优化难题。传统的分子改进策略虽部分提升了效率，但增加了材料复杂性和成本。如何通过形貌调控实现高效的聚噻吩太阳电池是推动其产业化的关键挑战。

鉴于此，章勇教授团队联合华南理工大学段春晖教授团队基于经典成核理论，通过溶剂选择调控聚噻吩的溶解度优化成核驱动力，成功使用非卤化溶剂甲苯在光活性层中构建了精细的纤维网络形貌。卤代溶剂氯仿和氯苯对P5TCN-HD的高溶解性造成成核驱动力不足，而极性溶剂四氢呋喃和甲基四氢呋喃由于对受体的低溶解度会导致受体的过度结晶。相比之下，低溶解度的非卤溶剂甲苯和邻二甲苯增强了P5TCN-HD的成核驱动力并具有合适的成核时间，从而促进了双连续纤维网络的形成。最终，基于甲苯溶剂加工的P5TCN-HD:eC9-2Cl二元器件实现了17.10%的能量转换效率，P5TCN-HD:eC9-2Cl:L8-BO-F三元器件实现了18.12%的效率和79.17%的填充因子，创造了聚噻吩太阳电池的效率以及填充因子新纪录。研究揭示了溶剂溶解性对成膜过程与形貌演化的关键调控作用，为聚噻吩基器件的优化提供了重要理论依据。

论文链接：

https://doi.org/10.1039/D4EE06158F