近日，我院化学与生物工程学院海杰峰教授与东华大学胡华伟教授、香港科技大学（广州）吴佳莹教授团队合作，在有机太阳能电池（OSCs）非富勒烯受体材料设计与光伏性能提升领域取得重要进展。研究成果以“Unsaturated Vinyl Branching: A Molecular-Tailoring Strategy for Synergistic Stacking Regulation and Energy-Loss Suppression toward 20%-Efficiency Organic Solar Cells”为题，在国际材料科学顶级期刊《Advanced Materials》（影响因子28.6）上发表。我校为该论文的第一完成单位，硕士研究生张焱焱为共同第一作者，海杰峰教授为第一通讯作者。
OSCs因其质量轻、柔性好、可溶液加工等优点，在柔性电子和建筑光伏一体化等领域具有广阔应用前景。然而，其能量转化效率（PCE）长期以来受到活性层形貌无序和能量损失大的制约。如何通过顶层的分子设计精确调控活性层微观结构，是实现PCE进一步突破的关键科学难题。针对这一挑战，研究团队创新性地提出了“不饱和乙烯基支链（Unsaturated Vinyl Branching, UVB）”分子设计策略。通过在经典A-DA'D-A型非富勒烯受体材料Y6-OD的稠环核内侧链中引入UVB单元结构，设计并合成了一种新型受体材料BTP-vinyl。该策略巧妙实现了双重功能协同：乙烯基分支在保证材料良好溶解性的同时，其刚性与电子特性增强了分子间的非共价相互作用，并降低了空间位阻，从而促进了分子更紧密、更有序的三维堆积。研究显示，基于D18:BTP-vinyl的活性层表现出优化的聚集动力学、高度有序的面朝上取向及适中的相区尺寸，显著提升了激子解离与电荷传输效率。二元器件实现了19.6%的优异PCE（VOC = 0.921 V, JSC = 27.25 mA cm-2, FF = 77.9%），全面超越基于Y6-OD的对照器件（18.1%）。更令人振奋的是，将BTP-vinyl作为第三组分引入D18:L8-BO体系，制备的三元器件获得了20.06%的冠军PCE，成功跨越了单结OSCs 20%的效率阈值。该工作通过详尽的单晶解析、成膜动力学、光电物理和形貌表征，深入揭示了UVB策略在调控分子堆积、抑制能量损失、促进电荷传输等方面的核心作用机制。
近年来，海杰峰教授课题组围绕高性能非富勒烯受体材料的设计与应用开展了系统深入的研究，取得了一系列创新成果（Advanced Energy Materials 2023, 13, 2203009; Advanced Functional Materials 2023, 33, 2213429; Advanced Functional Materials 2021, 31 (51), 2105458; Chemical Engineering Journal 2025, 503: 158263; Chemical Engineering Journal 2023, 462, 142178; Chemical Engineering Journal 2022, 430, 132830; Science China Chemistry 2023, 66(1), 242-250; Sensors and Actuators: B. Chemical 2025, 438, 137807; Chemical Communications 2023, 59(41): 6183-6186）。此项研究不仅开发了一种高效的新型受体材料，更重要的是提供了一种普适性强的分子侧链工程新策略，为解决有机光伏中形貌控制与能量损失相互制约的瓶颈问题提供了新的思路和有效途径，是课题组在该领域长期积累后的又一标志性成果。该研究工作得到了广西自然科学基金、广西重点实验室主任基金等项目的资助。
不饱和乙烯基支链优化活性层堆积的分子设计策略
（一审：海杰峰 二审：马文硕 三审：潘宏程）
