郝曉濤&殷航Nat. Commun.：特征長度篩選！獲得19%效率的厚膜OSCs

主要內容

有機太陽能電池（OSCs）的商業(yè)化亟需厚膜活性層支撐，但當前基于零場遷移率的厚膜兼容受體篩選方案存在明顯缺陷 —— 實驗流程、擬合模型與單載流子器件結構的方法學差異，導致該篩選標準可靠性不足；且現(xiàn)有文獻已證實，高性能厚膜與薄膜器件的零場遷移率差異微乎其微，進一步否定了其作為篩選依據的合理性。針對這一核心瓶頸，山東大學殷航、郝曉濤、張茂杰和孫延娜等人開展系統(tǒng)研究，提出了一套創(chuàng)新的受體篩選框架：通過整合電荷載流子跳躍動力學與場依賴傳輸行為，將 “特征長度” 確立為核心描述符，該參數(shù)作為區(qū)別于零場遷移率的本征屬性，能夠精準量化工作條件下的長程電荷載流子傳輸能力。

研究團隊通過對比實驗發(fā)現(xiàn)，具有高特征長度的擴大化受體疇區(qū)，可有效提升電荷跳躍頻率、改善遷移率并降低場依賴性，進而全面優(yōu)化器件性能。將這一基于特征長度的合理篩選標準應用于多種二元體系后，薄膜與厚膜器件的性能均實現(xiàn)顯著提升；其中，采用該方法優(yōu)化的 D18:L8-BO:BTP-eC9 體系表現(xiàn)尤為突出，在 300 納米厚膜有機太陽能電池中實現(xiàn)了 19.0% 的**光電轉換效率（PCE），表現(xiàn)出優(yōu)異的厚膜器件性能。

該研究的核心價值在于，其方法學實現(xiàn)了電荷載流子傳輸模型、電荷動力學光譜模型與器件性能的系統(tǒng)融合，使特征長度分析成為下一代 OSC 設計的核心基礎；而由此建立的結構 - 性能關聯(lián)，不僅深化了有機半導體材料的基礎認知，更為有機太陽能電池高通量制造的產業(yè)化轉化提供了切實可行的指導方案，同時推動了厚膜兼容有機半導體材料篩選方法學的根本性革新。

文獻信息

Critical length screening enables 19% efficiency in thick-film organic solar cells

Yuan Meng, Bo Cheng, Dongcheng Jiang, Jiangkai Sun, Jiawei Qiao, Beibei Shi, Haisheng Ma, Jingtian Zhu, Lianbo Wang, Runzheng Gu, Peng Lu, Yanna Sun, Xiaoyan Du, Xia Guo, Ke Gao, He Yan, Maojie Zhang, Feng Chen, Yanming Sun, Xiaotao Hao & Hang Yin

https://www.nature.com/articles/s41467-025-64808-x

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