有机太阳能电池（OSC）由于其本征柔性、质轻、半透明等特点在便携能源、光伏-建筑一体化、节能玻璃及高效农业等领域具有广阔的应用前景。不同于硅基等无机光伏电池，OSC光生载流子的生成对给受体异质结界面依赖较大，界面过多会影响电荷传输，而界面过少又可影响电荷生成。因此，调控活性层本体异质结的微观形态对相关激子/电荷行为及光伏效率至关重要。另外，在活性层溶液法制备过程中，体相内会不可避免地产生部分亚稳态区域，在OSC长期工作过程中，给受体界面的小分子受体会自发进行扩散再聚集，从而破坏两相分离，影响电荷传输并导致OSC性能下降。因此，优化分子聚集态、对改善电荷传输通道并抑制亚稳态区域的形成具有重要意义。

图1、多因素驱动的客体分布对OSC光伏性能和稳定性的影响

为此，研究组基于前期工作，通过在多个二元主体体系中，引入LA1客体分子，通过调控主客受体之间的相互作用、界面性能、聚集行为等，获得了高质量的主客体类合金体相，并且类合金聚集体的晶域尺寸可以通过客体掺杂比例进行完美线性调控。从实验结果分析，几乎所有的客体分子均参与到类合金体相的构建当中，这也是类合金晶域尺寸可以线性调控的本质原因。同时，客体分子掺杂后，无论是主体聚合物给体还是主体受体的结晶性均得到增强，促进了垂直方向空穴和电子的传输。此外，该工作的另一个亮点是，客体分子形成的类合金聚集体均包覆在主体受体相内，形成了所谓的核壳结构（主体包覆客体），增强了主客体之间的能量转移。对于这种独特的聚集态结构，该工作首次提出了具有普适性的主客体结晶性、表面能、兼容性相互关系、及给受体相互作用四要素协同作用的驱动机制。此类独特的主客体聚集态及分子堆积对于提高电荷传输、抑制电荷复合起到重要作用。将其作为客体分子进行掺杂，在多个体系中实现了超过80%的填充因子（最高达到81.1%），并实现了19.2%的高能量转换效率。除了效率的提升外，类合金体相的形成明显改善了OSC的稳定性，表明类合金体相对抑制亚稳态形成、提高光伏电池稳定性的积极作用。

该论文以“Embedded Host/Guest Alloy Aggregations Enable High-Performance Ternary Organic Photovoltaics”在线发表于Adv. Mater.2023, 35 (51), 2305652.论文第一作者为王晓宁同学和王剑晓博士，包西昌研究员和李永海副研究员为论文共同通讯作者。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202305652

该工作亦得到优睿科在线报道https://www.eurekalert.org/news-releases/1000477