［本站讯］近期，山东大学国家胶体材料工程技术研究中心张茂杰教授团队提出一种聚合物工程策略，构建连续的受体纤维网络，诱导给受体均匀相分离，实现无添加剂辅助的形貌优化，同步实现了器件效率与稳定性的提升。相关研究成果以“Constructing Continuous Acceptor Fibrillar Networks and Achieving Uniform Phase Separation via Polymer-Assisted Morphology Control for 20.3% Efficient Additive-Free Organic Solar Cells”为题发表于国际顶级期刊Energy & Environmental Science上（IF：30.8）。论文的通讯作者为张茂杰教授、国霞教授，第一作者为博士研究生孙逢博，山东大学为论文第一单位。

有机太阳能电池因具有质轻、柔性和低成本制造等潜力成为可持续能源的重要研究方向，但无添加剂条件下实现高效率和长期稳定性是重大挑战。添加剂的选择与浓度受聚合物和小分子化学结构严格制约，需大量试错迭代，而微小的配比差异不仅会增加加工复杂性，其残留更会导致器件稳定性下降，限制了其商业转化。当前，如何在无添加剂条件下实现活性层形貌的精准调控已成为关键难题。为突破该瓶颈，张茂杰教授团队提出了一种聚合物工程策略，在常用的D18:L8-BO活性层材料体系中加入少量聚合物受体PY-DT，这种聚合物受体像“建筑模板”一样，在成膜过程中提前沉淀，充当成核剂，诱导小分子受体L8-BO结晶，形成更加有序的分子堆积；而且其刚性骨架进一步引导L8-BO“外延生长”，如同藤蔓沿着支架攀爬，形成均匀且连通的纤维网络，优化了活性层的相分离和分子堆积。该策略使有机太阳能电池能量转换效率（PCE）达到20.3%，为无添加剂有机太阳能电池器件的最高效率之一，且器件在连续光照1200小时后仍保留85.3%的初始效率，为规模化生产提供了可行路径。

图1.光伏材料的化学结构、形貌变化示意图、最佳器件效率和稳定性趋势。

通过多尺度微观结构表征发现，引入少量PY-DT后，三元活性层中形成直径28.2 nm的均匀纤维网络，较二元体系的23.4 nm显著增大且分布更规整，表面粗糙度由1.85 nm微降至1.84 nm，证实形貌未影响表面平整度。同时，三元体系中受体相以连续纤维状贯穿分布，较二元体系的离散簇状结构显著提升界面接触面积，为激子高效解离提供结构基础。另外，三元体系中L8-BO的π-π堆积间距从3.72 Å缩小至3.66 Å，结晶相干长度（CCL）从20.29 Å增至22.7 Å，相对结晶度（rDoC）同步提升，且共混薄膜垂直方向具有均一的。GISAXS进一步揭示受体域尺寸优化至35.5 nm，混合域从57.89 nm减小至45.65 nm，陷阱密度降低至2.77×10¹⁵ cm^-³。多种表征技术共同证实PY-DT通过成核诱导和外延生长机制，在无添加剂条件下实现受体相的有序纤维化重构，为器件效率突破20%提供关键结构支撑。

图2.三维相分离形貌表征。

本研究揭示了聚合物受体作为第三组分调控活性层形貌的演化机制，为精准调控活性层结晶动力学及形貌优化提供了有效路径。无添加剂策略已成为简化制备流程、提升器件稳定性并加速有机太阳能电池商业化的关键路径，而本研究通过引入聚合物受体作为成核剂，有望解决给体-受体聚集不均、相分离过度、稳定性等关键问题。通过诱导形成连续纤维网络与均匀相分离结构，同步实现了器件效率与稳定性的提升，为高性能有机光伏器件的规模化生产提供了切实可行的技术蓝图，有力推动了有机太阳能电池从实验室基础研究向实际产业化应用的跨越。

相关研究成果得到山东省自然科学基金、山东省泰山学者项目、山东大学杰出中青年学者和山东大学齐鲁青年学者计划的资助和支持。山东大学结构成分与物性测量平台为材料结构表征提供了重要支持。