有机太阳能电池（OSCs）是基于碳基有机电子材料的一类薄膜太阳能电池，在弱光发电、可穿戴/可植入电子器件等领域有较高的应用前景。活性层的纳米级形貌是决定有机光伏器件性能的重要指标。但仅仅依靠活性层分子间的自组装往往难以直接获得理想的纳米级形貌，因而需要通过器件工程的手段对活性层形貌加以控制及优化。
针对有机光伏活性层形貌学控制问题，新材料与新能源学院张光烨副教授课题组进行了全新的工艺创新和深入的机理探究，提出了挥发性添加剂结合三元的策略，调节活性层形貌和激子扩散/分裂行为，降低了分子取向的各向异性，将基于苯并二呋喃聚合物的OSC器件效率提高到19.6%（华南国家计量中心认证为19.07%），并同时实现了高效率和高光稳定性。对于活性层后端处理工艺，课题组考虑了传统热退火工艺难以微调活性层形貌这一问题，通过将活性层翻转，提出了一种新型倒置退火方法。该工艺中热量由衬底直接传递给体异质结薄膜，能够精细调控活性层中电子给体和受体材料的相分离和晶体取向，提高介电常数，改善垂直相分离，降低电压损失。近日，团队制备的PM6:L8-BO-X器件效率达到19.91%（认证效率达到19.42%），并在多个材料体系下证实了该方法的普适性。相关研究成果发表在一系列国际顶级期刊上，为优化有机太阳能电池性能提供了一条新的途径。
深圳技术大学新材料与新能源学院有机半导体材料与器件团队（负责人李顺朴教授）在有机光伏领域持续保持高质量研发。针对有机光伏活性层形貌学控制问题，团队张光烨副教授课题组在活性层前端制备工艺和后端处理工艺手段分别进行了全新的工艺创新和深入的机理探究。
2023-2024年间，针对于活性层前端制备工艺，张光烨课题组通过深入分析给体-受体-添加剂相互作用机制，创新性地提出挥发性添加剂结合三元策略，调节活性层形貌和激子扩散/分裂行为，降低了分子取向的各向异性，在给受体界面处实现了超快激子分裂，增长了π-π堆叠相干长度和激子寿命，于2023年10月将基于苯并二呋喃聚合物的OSC器件效率提高到19.6%（华南国家计量中心认证为19.07%），并在实现高效率的同时实现了优秀的光稳定性。对于活性层后端处理工艺，张光烨课题组考虑了传统热退火工艺难以微调活性层形貌这一问题，通过将活性层翻转，提出了一种制备高质量体异质结薄膜的新型退火方法。该工艺中热量由衬底直接传递给体异质结薄膜，能够精细调控活性层中电子给体和受体材料的相分离和晶体取向，提高活性层的介电常数，改善垂直相分离，降低电压损失。近日，团队制备的PM6:L8-BO-X器件效率达到19.91%（认证效率达到19.42%），并在多个材料体系下证实了该方法的广泛普适性。相关研究成果发表在一系列国际顶级期刊上，具体如下：
研究工作1：新颖的倒置热退火工艺制备高质量活性层使有机太阳电池的效率接近20%
图4.传统退火及倒置退火及其形貌演变示意图
该工作在国际顶级期刊Advanced Materials（IF：27.4；中科院一区）上以“A Novel Upside-Down Thermal Annealing Method Toward High-Quality Active Layers Enables Organic Solar Cells with Efficiency Approaching 20%”为题发表。深圳技术大学新材料与新能源学院为论文第一完成单位，唯一通讯单位。新材料与新能源学院王宇飞副研究员为第一作者，孙康博（在读硕士）和香港科技大学李超博士为共同第一作者，张光烨副教授为该论文唯一通讯作者。新材料与新能源学院李顺朴教授、仇明侠教授、何斌副教授、唐泽国副教授、尤朋副教授、谢谌助理教授、柏青讲师、高川林（在读硕士）、朱亮翔（在读硕士）为共同作者。
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202411957
研究工作2：挥发性添加剂辅助三元策略实现高效稳定的有机太阳能电池
图2.（a）器件的能量损失；（b）目前使用MPPT测试的器件衰减时间统计数据；（c）本研究中器件归一化PCE随光暴露时间的变化。
文章在国际顶级期刊Materials Science and Engineering: R: Reports（IF：31.6；中科院一区）上以“Highly efficient and stable organic solar cells achieved by improving exciton diffusion and splitting through a volatile additive-assisted ternary strategy”为题发表。深圳技术大学新材料与新能源学院为论文第一完成单位，第一通讯单位。我校硕士毕业生赵超越（目前为港科大在我院交流博士）为第一作者，王宇飞副研究员为共同第一作者及共同通讯作者，孙康博硕士为共同第一作者。柏青讲师和香港科技大学李超博士后为共同通讯作者，张光烨副教授为该论文的通讯作者。深圳技术大学李顺朴教授、杨涛副教授、唐泽国副教授、吴丹副教授、尤朋副教授、谢谌助理教授、高川林（在读硕士）、朱亮翔（在读硕士）为该论文的共同作者。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927796X24000585
研究工作3：探究给体-受体-添加剂相互作用实现高效率有机光伏器件
图1.活性层材料的分子结构式和基本光电，本征性能。
该工作发表于材料领域国际知名期刊Aggregate（IF：13.9；中科院一区），题目为“Exploiting the donor-acceptor-additive interaction’s morphological effect on the performance of organic solar cells”。深圳技术大学新材料与新能源学院为论文第一完成单位，张光烨副教授，香港理工大学李刚教授、马睿杰博士为共同通讯作者，我校交流生陈露为论文的第一作者。
全文链接：(https://doi.org/10.1002/agt2.455)
以上研究获得深圳市超金刚石与功能晶体应用技术重点实验室、国家自然科学基金、深圳技术大学高端人才启动经费、广东省高等学校特色创新基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省教育厅项目的资助。张光烨课题组近期的工作为进一步优化有机太阳能电池性能提供了一条新的途径，同时也为进一步开发高性能和稳定的有机太阳能电池及其商业化提供了助力。
课题组简介：张光烨课题组自2021年以来在全聚合物/非富勒烯小分子受体有机太阳能电池领域取得了一系列创新性研究成果，受到学术同行的广泛关注。包括系统性探讨有机太阳能电池发展趋势（Nat. Rev. Mater.2024, 9, 46-62）；首次揭示非卤素溶剂在提高电子迁移率中的作用（Nano Energy2022, 104 (15), 107872, IF=19.1）；使用逐层制备法实现非卤溶剂三元全聚合物太阳能电池效率突破（Adv. Energy Mater.2023, 13, 2300904, IF= 27.8）；使用逐层制备方法提高太阳能电池器件光稳定性（J. Mater. Chem. C2022, 10 (47), 17899-17906）；使用液体添加剂的同分异构固化策略打破这类有机光伏器件效率纪录（Adv. Mater.2023, 10.1002/adma.202301231, IF= 29.4）；研究给体-受体-添加剂相互作用之下共同决定的形态的现象（Aggregate2023, 00, e455. 10.1002/agt2.455 IF=18.8）；使用固体添加剂策略调控活性层垂直相分离尺度（Energy Environ. Mater.e12683. 10.1002/eem2.12683, IF=15.0）等。
课题组负责人：张光烨，副教授，深圳市海外高层次B类人才，首届深圳技术大学润园PI，深圳市超金刚石与功能晶体重点实验室副主任。博士毕业于美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA），后在香港科技大学进行博士后研究并担任研究助理教授，拥有深港两地的有机半导体创业经历。发表SCI论文103篇，其中第一/通讯作者37篇，第一作者英文专著一部，专利5项，获得多项创业奖项，2020-2023连续4年全球前2%顶尖科学家、2022-2023科睿维安全球高被引科学家。
核心成员：王宇飞，副研究员，博士毕业于暨南大学，甘肃省优秀毕业生。主要从事有机光伏材料应用、器件工程与器件应用方向的研究。近五年发表34篇SCI论文，4个发明专利授权，引用1046次，其中第一作者（含共一）或者通讯作者10篇，包括Adv. Mater、Energy Environ. Sci.、Mat. Sci. Eng. R.、Adv. Energy Mater.等期刊，其中6篇IF＞15。2013年9月入职深圳技术大学后以深技大为第一单位，以第一作者身份发表两篇代表性论文（IF>25），以第一发明人授权两篇发明专利，并获批国自然青基。
