近日，南華大學機械工程學院李振業教授團隊在材料科學領域頂級期刊Advanced Materials（影響因子26.8，中科院一區top）上發表了題為“Regulating Polymeric Adsorption Dynamics via Monolayer-Architected Hydrotalcite Integration for High-Performance Organic Solar Cells”的重要研究成果。該研究創新性地利用二維層狀水滑石納米晶體調控聚合物給體吸附動力學，顯著優化了有機太陽電池的光伏性能，實現了高達20.63%的頂尖光電轉換效率。李振業教授為論文獨立第一作者，南華大學機械工程學院為論文第一署名單位。
在有機太陽能電池中，給體與受體分子在“體異質結”結構中的排列方式（分子聚集特性）是決定器件性能的核心。然而，聚合物側鏈帶來的空間位阻，往往導致分子堆積結構連貫性降低，形成不利于高效光電轉換的亞穩態構型，成為提升電池效率的關鍵瓶頸。針對這一挑戰，李振業教授團隊提出了一種巧妙的形貌調控策略：將二維層狀水滑石納米晶體引入給體-受體體系。通過水滑石表面羥基的定向配位作用，該團隊成功調控了聚合物的吸附過程。這一方法有效延長了聚合物給體的π-π共軛相干性，增強了其結晶度。具體表現為：水滑石集成后的給體相呈現出顯著的“H聚集”效應，分子排列更緊密有序，長程晶體結構顯著改善。這些納米尺度的結構優化帶來了卓越的電荷傳輸性能：載流子遷移率提高，復合損失被有效抑制。最終，基于該策略制備的水滑石納米晶摻雜有機太陽電池不僅實現了20.63%的光伏效率，更展現出在多種給體-受體體系中的優異普適性。此項工作不僅提供了一種高效的晶體工程方法，實現了納米級形貌與電荷傳輸網絡的協同優化，更重要的是，為大幅提升有機太陽能電池的光伏性能開辟了一條全新的技術路徑，具有重要的科學意義和應用前景。
水滑石納米晶作用下有機太陽電池的光伏性能以及載流子傳輸動力學
水滑石納米晶作用下有機太陽電池活性層的成膜結晶動力學
本研究由國家自然科學基金、湖南省自然科學基金、以及南華大學博士啟動基金的聯合資助。論文連接：https://doi.org/10.1002/adma.20250804
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