近日，成人漫画 程沛研究员/严岑琪副研究员团队联合香港理工大学李刚教授团队，在有机太阳能电池（OPVs）光伏性能与稳定性领域取得新的研究进展。研究成果以“Bulk Passivation of Molybdenum Trioxide Enables Inverted Organic Photovoltaics with Significantly Enhanced Stability under Extreme Conditions”为题发表于Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202522299)。成人漫画 博士研究生齐倩倩与香港理工大学黄佳明博士为共同第一作者，成人漫画 严岑琪副研究员、香港理工大学李刚教授和成人漫画 程沛研究员为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金委、四川省科技厅和高分子材料工程国家重点实验室项目资助。
在有机太阳能电池向商业化应用迈进的过程中，器件稳定性不足始终是亟待解决的关键问题。近年来，程沛课题组围绕器件的光伏性能与稳定性开展了系统研究，取得了一系列进展：针对有机光伏活性层的力学脆性问题，课题组开发了一种小分子添加剂诱导形貌重构策略（Energy Environ. Sci., 2025, 18, 8171–8181）。通过调控给体材料的结晶动力学，成功诱导其分子堆积由单一面取向转变为双峰取向，在实现高达19%光电转换效率的同时，使活性层薄膜的断裂伸长率显著提升约2–3倍，为提升柔性器件的机械可靠性提供了可行思路。此外，为协同提升器件的机械性能与光电性能，课题组在活性层中引入动态硫→锌配位键（Adv.Funct. Mater.,DOI: 10.1002/adfm.202520173）。该策略基于较高的配位键能构建超分子交联网络，通过牺牲键机制有效耗散外界应力，使活性层薄膜的断裂伸长率、拉伸强度与韧性均获得数倍提升；同时，优化后的分子网络结构还促进了电荷传输，将器件效率从18.4%提升至19.2%。在机制研究方面，课题组系统梳理了从分子排列、链缠结到相分离等多尺度聚集态结构对活性层力学性能的影响（Mater. Horiz., 2025, 12, 6069–6081）。
在前期相关研究基础上，课题组近期在界面与极端环境稳定性这一关键瓶颈上取得突破。该研究聚焦于高温条件下三氧化钼（MoO₃）化学反应引发的器件性能衰减问题，提出了一种“体相钝化”策略。通过在活性层中引入IPE作为小分子钝化剂，团队制备出了光电转换效率高达19.06%的倒置结构有机光伏器件。在严苛环境条件下，该类器件在500次极端热循环（-40°C至85°C，约60%相对湿度，ISOS-T-3）和1个太阳光照（65°C，约50%相对湿度）下连续1150小时最大功率点（MPP）跟踪测试后，仍能保持初始光电转换效率的80%以上。相关成果为发展兼具高效率与高可靠性的有机光伏技术提供了可推广的研究思路。
一、成果
要点1：优异的热稳定性。（图1，表1）
图1.(a)器件结构示意图及 PM6、BTP-eC9 和 IPE 的分子结构式。(b) 含与不含IPE 的器件电流密度–电压（J–V）特性曲线。(c) 相应器件的外量子效率（EQE）光谱。(d-g) 在170°C热老化过程中器件关键光伏参数的演变：(d) 光电转换效率，(e) 开路电压，(f) 填充因子和 (g) 短路电流密度。数据以平均值±标准差表示（n = 3-4）。
Table1.有无IPE处理的OPV器件光伏性能参数。
| ActiveLayer | VOC[V] | JSC[mA·cm-2] | Jcal[mA·cm-2]b) | FF[%] | PCE[%]c) |
| PM6:BTP-eC9 | 0.851±0.002 | 27.63±0.08 | 26.49 | 79.15±0.15 | 18.62±0.10(18.86) |
| PM6:BTP-eC9:IPEa) | 0.851±0.001 | 28.01±0.08 | 26.74 | 78.94±0.26 | 18.86±0.10(19.06) |
a)IPE的浓度为 1.5 mg·mL-1. b)根据EQE进行积分，Jcal和JSC之间的不匹配程度分别为4.1%和4.5%。 c)括号内数值为10个独立器件的平均值。
要点2：优异的环境可靠性。（图2）
图2. (a) 热循环过程中温度随时间变化的曲线（展示20个循环，每个循环约1.5小时）。(b) ISOS-T-3协议下的器件归一化光电转换效率保持率：在约60%相对湿度下，于-40°C和85°C之间进行热循环。卡其色阴影区域指示热循环期间的温度同步变化。(c) ISOS-L-3条件下（65°C、约50%相对湿度、1个太阳光照）在最大功率点跟踪测试的运行稳定性。
二、机理
要点3：化学态分析（图3）
证实IPE 中的 C=O 基团可与 MoO₃ 发生相互作用，从而降低氧空位浓度及 Mo⁵⁺ 的比例，稳定 MoO₃ 的化学状态。
图3.(a) MoO3及IPE/ MoO3样品（均在170°C热处理5小时）的Mo 3d核心能级高分辨率XPS谱图。(b) 上述样品的O 1核心能级高分辨率XPS谱图。(c) IPE粉末及其与MoO3混合物在老化后，在约1700 cm⁻¹处C=O伸缩振动区域的傅里叶变换红外光谱详图。(d) MoO3及活性层/ MoO3样品（均在170°C热处理5小时）的Mo 3d核心能级高分辨率XPS谱图。(e) 应用于器件的三种热处理策略示意图。(f) 每种热老化条件下归一化光电转换效率的演变。数据表示为平均值±标准差（n = 5）。
要点4：界面反应追踪（图4）
在不含IPE 的情况下，高温条件下 MoO₃ 会氧化 BTP-eC9 分子中的硫原子，生成 O=S=O 结构；引入 IPE 后，该氧化产物的比例由 34.7% 降低至 9.0%。
图4.(a) XPS表征设计的样品结构示意图。(b) 样品1在热老化前后的XPS Mo 3d谱图。(c) 样品2在热老化前后的XPS S 2p谱图。(d) 样品4在热老化后的XPS S 2p谱图。(e) 最可能的氧化产物BTP-eC9-SO1的推测结构式。
要点5：缺陷态表征（图5）
IPE 的引入显著抑制了器件老化过程中缺陷态密度的增加，且该效应在 MoO₃ 界面附近尤为明显。
图5.(a) 含与不含IPE的器件在新制备态和老化态的阻抗谱。(b) 陷阱态密度分布随陷阱能量的变化。(c) 活性层内不同深度处的陷阱密度；左侧和右侧区域分别对应邻近MoO3和ZnO的界面。(d) 老化后陷阱密度随深度的变化；左侧和右侧区域分别对应靠近MoO3和ZnO的界面。
要点6：机理示意图。（图6）
图6.提升器件稳定性的机理示意图。
要点7：光电动力学研究（图7）
IPE 有助于维持器件在老化后的较高激子解离效率，较为平衡的电荷传输，并有效抑制载流子复合。
图7.(a-d) 归一化时间分辨光致发光光谱数据的三维图。(e) 四种不同薄膜测量的时间分辨光致发光衰减动力学曲线。相应薄膜的 (f) 电子迁移率和 (g) 空穴迁移率。(h) 相应器件的瞬态光电压和 (i) 瞬态光电流衰减曲线。(j) 相应器件的光生电流密度-有效电压曲线。(k) 相应器件的短路电流密度和 (l) 开路电压随光照强度的变化关系。
撰稿：齐倩倩
编辑：曲韵嘉
审核：李乙文
