近日，国家纳米科学中心周惠琼课题组在有机太阳能电池开路电压损失机制及添加剂工程研究方面取得重要进展，相关成果以“Origin of Suppressed Photovoltage Loss in Organic Solar Cells With Additive Engineering”为题发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed., 2026, 65 (32), e6746000.）。

有机太阳能电池引起可溶液加工以及具备柔性、半透明应用等优势，成为新一代光伏技术的重要发展方向。然而，较大的开路电压电压损失（V_loss）始终是限制其光电转换效率提升的关键瓶颈，在其中非辐射复合电压损失（V_non-rad）已为开路电压损失的核心因素。添加剂工程作为调控有机光伏共混膜形貌、优化电荷传输与解离的重要策略，已被广泛应用于所有高效率器件体系。传统观点认为，添加剂通过促进给体-受体分子有序堆积与适度相分离，增强界面电荷转移（CT）态离域化，从而提升短路电流密度（J_SC）和填充因子（FF）。但这一过程往往伴随 CT 态能量降低，导致非辐射复合加剧、开路电压（V_OC）下降，这种失衡严重制约了有机光伏效率的进一步提升。

在聚焦有机太阳电池器件物理的研究基础上，针对添加剂影响有机太阳能电池开路电压的机制问题，周惠琼课题组联合北京航空航天大学、山东大学等科研单位，以经典的 PM6 给体与系列 A-D-A'-D-A 型非富勒烯受体构建的模型体系为研究对象，采用1-氯萘（CN）作为添加剂，在保持高电荷产生与传输效率的同时，实现了超过30 meV的光电压损失抑制。研究通过温度依赖光电测试、瞬态吸收光谱、形貌表征与分子动力学模拟等系统的测试表征，系统性阐明了添加剂工程抑制电压损失的物理本质：添加剂可以通过在提升共混膜介电常数并降低能量无序度的同时调控受体分子聚集与堆积模式，抑制了自由载流子向 CT 态的反向电荷转移这一非辐射复合的核心途径。研究团队进一步在多种不同侧链修饰的 A-D-A'-D-A 型受体体系中验证了上述机制的普适性，在基于D18:L8-BO体系的有机太阳能电池，最终实现了20.12%的光电转换效率。在此基础上，研究团队建立了介电常数与电压损失之间的统一线性关系：V_OC增益与介电常数增量呈线性正相关，非辐射复合损失的降低与介电常数增量呈现线性依赖。这一发现表明，共混膜的介电常数可作为预测添加剂工程电压损失抑制效果的“描述参数”，为后续添加剂分子的设计提供了引导思路。

国家纳米科学中心周惠琼研究员与北京航空航天大学张渊教授以及北京航空航天大学张伟超博士为论文通讯作者，李世麟博士为论文第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、科技部项目以及中澳联合基金项目等基金项目的大力支持。

   原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.6746000