有机太阳能电池（OSCs）作为一种新型光伏电池，具有柔性、半透明和低成本等优势。然而，通过添加剂优化活性层形貌以提高激子解离和电荷传输效率仍是实现高效、稳定OSCs的关键挑战。传统溶剂添加剂存在毒性和不稳定性等问题，限制了其实际应用。固体添加剂作为新一代添加剂能有效解决这一问题，目前报道的大多数添加剂分子构型为平面型，其仍存在强π-π相互作用的问题，不利于薄膜形貌的调控和热稳定性。
鉴于此，我院王漾教授团队安明伟副教授和南科大郭旭岗教授团队合作，引入曲面碗烯分子C20H10（碳团簇富勒烯的碎片）作为新型固体添加剂，利用碗烯的弱相互作用（C···H-π）和凹凸面产生的分子偶极作用等特点调控活性层形貌。碗烯独特的分子曲率增强了活性层分子堆积和相分离，优化了纳米尺度形貌和电荷传输。实验结果显示，基于碗烯添加剂的OSCs达到了创纪录的20.52%的光电转换效率（第三方认证19.85%），并且展现出卓越的热稳定性，T85寿命超过2000小时。相比之下，基于平面的晕苯分子PCE仅为14.50%，寿命短T85为8小时。该研究表明曲面分子作为有机电池的固体添加剂具有巨大的应用潜力，为实现高效稳定有机光伏技术提供了新途径。研究成果以《Three-dimensional bowl-shaped solid additive achieves 20.52% efficiency organic solar cells with enhanced thermal stability via curvature-mediated morphology regulation》为题发表于能源领域国际著名TOP期刊《Energy & Environmental Science》上，这项工作对推动OSCs技术向商业化迈进具有重要意义。
福建师范大学为论文共同通讯单位，南科大2023级硕士研究生钟智城和博士后Sergio Gámez Valenzuela为论文共同第一作者，柔性电子学院安明伟副教授为论文第一通讯作者，南科大刘斌副研究员和郭旭岗教授为共同通讯作者。该论文得到了国家自然科学基金、深圳市科创委和福建师范大学青年英才启动经费的资助支持。
论文链接：http://doi.org/10.1039/D5EE01977J
