贵州大学化学与化工学院吕梦岚教授团队致力于有机/钙钛矿太阳能电池领域的前沿研究，2025年以来在阳极界面材料设计、阴极界面材料设计以及活性层形貌调控等方面取得了系统性创新成果，相关研究成果发表在国际顶级期刊Advanced Materials、Energy &Environmental Science、Angewandte Chemie International Edition和ACS Energy Letters上，多项成果创下同时期纪录。
团队针对自组装空穴传输単分子层溶解性差和易聚集的难题，设计了两种噻吩扩环的咔唑类SAMs（2PAThCz和4PAThCz）。研究发现，在咔唑3,6-位引入非稠合噻吩单元可完全改变分子堆积行为，形成更紧凑的π-π堆积，增大分子偶极矩。其中，4PAThCz凭借更长的烷基链间隔基，展现出优异的溶解性、抑制的自聚集行为和高度有序的分子排列。基于4PAThCz的三元器件实现了 20.78% 的光电转换效率（第三方认证20.45%），这是当时基于自组装空穴传输单分子层的有机光伏的最高效率纪录。
综合上述工作，受邀撰写综述，系统总结了咔唑类自组装单分子层作为空穴传输层在钙钛矿太阳能电池和有机太阳能电池中的研究进展。文章基于自组装単分子层的锚定基团、间隔基团和功能基团全面梳理了咔唑类自组装単分子层的分子设计策略，并将其归纳为四大类：甲氧基化、共轭扩展、卤代和不对称化。文章详细阐述了每种策略对分子偶极矩、能级排列、表面润湿性及器件性能的影响规律，并系统总结了当前面临的挑战—溶解性、成膜质量、长期稳定性—及相应的解决方案。该综述为自组装単分子层的理性设计提供了完整的理论框架和实用指导。
为突破传统阴极界面材料本征载流子密度低、导电性差的瓶颈，团队创新性地提出了“双分子互掺杂”策略。通过将有机阴极界面材料PDINN与氨基功能化碳纳米管（CNT2N）复合，构建了四种掺杂机制（PDINN自掺杂、CNT2N自掺杂、以及两种双向分子间互掺杂）。研究表明，PDINN与CNT2N之间存在三种电荷转移模式和强π-π堆积相互作用，形成了多维电荷传输网络。基于PDINN-CNT2N的二元器件实现了20.05%的效率；在三元体系中，效率进一步提升至 20.72%（第三方认证20.33%）。同时，器件在空气中和氮气环境下均表现出优异的长期稳定性。
基于前工作的启示，团队系统梳理了阴极界面材料的发展历程，探讨了面向有机太阳能电池应用的阴极界面材料最新研究进展，从材料类型、分子结构、制备工艺及工作机理等多个维度对其进行了深入分析。
有机太阳能电池活性层的纳米尺度形貌是决定激子产生、解离和电荷传输的关键因素。团队创新性地引入固体添加剂分子异构化工程，系统研究了三种碘代三氯苯异构体（4TCB、2TCB、1TCB）作为固体添加剂对活性层形貌的影响。其中，1TCB具有适中的偶极矩，与给体D18和受体L8-BO均表现出最强的分子间相互作用。这种强相互作用有效促进了给体的J-聚集，优化了活性层的成膜动力学，最终诱导形成了理想的双连续互穿网络形貌。飞秒瞬态吸收光谱表征进一步证实，1TCB的引入显著加快了空穴转移速率和激子解离效率。基于1TCB的二元器件取得了20.94%的光电转换效率（第三方认证20.42%）和高达83.93%的填充因子。该项工作创造了目前有机太阳能电池填充因子的最高记录。此外，器件还展现出优异的存储稳定性，T80寿命超过10,000小时。
团队受邀撰写综述，系统总结了挥发性固体添加剂在有机太阳能电池领域的研究进展。该综述将已报道的固体添加剂分为苯衍生物、噻吩衍生物及其他类型三大类，系统阐明了其结构与功能之间的关系及工作机制。文章还深入探讨了固体添加剂策略当前面临的挑战，包括残留问题、高温退火对柔性基板的损伤、系统兼容性及环境可持续性等，并提出了未来研究方向。
另外，团队还与嘉兴大学周二军教授合作在国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition发表了文章（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202515114），文章创新性地提出了“多胞胎受体”的方法大幅度简化了QOSCs的材料合成与器件制备流程。
编辑：冯月成 庞爱忠
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编审：姚作舟
