有机太阳能电池效率迈入18%新阶段
据美国科技媒体Tech Xplore近日报道，中国台湾地区三所高校的研究团队通过有机光伏材料分子“侧链”的精细调控，成功将有机太阳能电池的光电转换效率（PCE）提升至18.13%。与此同时，团队还提出了可重复应用的分子设计框架。该成果之所以引发关注，是因为OPV具备轻质、柔性、可印刷等特性，被视为适用于可穿戴设备、建筑一体化及轻量化发电系统的关键候选技术。然而，过去效率与形态稳定性难以兼顾，制约了其在更广泛场景中的应用。
此次突破由国立台湾大学（NTU）、国立阳明交通大学（NYCU）与国立清华大学（NTHU）联合完成。研究聚焦于近年来推动OPV性能跃升的非富勒烯受体（NFA）体系。这类受体在电荷传输中扮演关键角色，其自组装行为直接决定了活性层的纳米结构——这通常是制约效率与稳定性的核心因素。
研究团队采用“侧链长度窗口优化”策略，围绕一种C型邻位苯并二吡咯（ortho-benzodipyrrole）骨架受体，合成了CB8、CB12、CB16与CB20等系列分子，其中数字代表侧链长度，并与常规给体材料PM6组合测试。研究团队将其结构调整比作“拼图”过程：侧链过短会导致分子过度堆积，电荷易被局部捕获；而侧链过长则会使分子间距过大，破坏电荷传输路径的连续性。实验表明，CB16的侧链长度处于理想窗口区域，既避免了非必要的聚集，又维持了良好的分子耦合和网络贯通，从而优化了互穿结构并提升了载流子迁移效率。
为验证分子结构与光伏性能之间的因果关系，三所大学展现了跨学科合作模式。国立阳明交通大学负责合成与结构设计；国立台湾大学运用超快瞬态吸收光谱，从皮秒尺度上揭示了CB16器件中电荷分离与迁移的动态过程；国立清华大学则借助国家同步辐射研究中心（NSRRC）的X射线散射等技术，解析了活性层内部的分子堆积和网络连接，确认了CB16与PM6之间形成的更均匀且互联的形貌。
实验结果显示，该器件不仅达到了18.13%的PCE，而且在高温环境下仍表现出良好的性能稳定性，具备一定的耐久潜力。研究团队指出，这一系统性成果证明了“分子结构的精准调控”是推动下一代高效光伏技术的重要路径。相关论文发表于Wiley-VCH出版的《Advanced Functional Materials》，并提供了可检索的DOI编号。
从宏观技术发展来看，有机太阳能电池正沿着“以非富勒烯受体为主导、可控自组装与可复制形貌窗口”方向快速发展。已有研究表明，基于NFA的OPV效率已普遍达到18%左右，意味着“18%+”正由单点突破转向材料与工艺协同优化的系统工程。与此同时，学界也在探索更可持续、适合大规模应用的自组装与薄膜沉积策略，以弥合小面积高效率器件与组件级制造之间的差距。此次以侧链工程为核心，并结合同步辐射等结构表征手段进行闭环验证的研究路径，提供了一种更具工程可行性的研究模型——不仅展示成果，更构建了可迁移的方法体系。