美國科技媒體 Tech Xplore 近日援引研究團(tuán)隊(duì)消息稱，通過對有機(jī)光伏材料分子“側(cè)鏈”的精細(xì)化工程調(diào)控，中國臺灣地區(qū)的三所高校在有機(jī)太陽能電池（OPV）領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了18.13%的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），并給出了可復(fù)用的分子設(shè)計(jì)路線圖。這一進(jìn)展之所以受到關(guān)注，在于OPV以“輕、薄、柔、可印刷”的形態(tài)優(yōu)勢，被視作可穿戴設(shè)備、曲面建筑與低重量發(fā)電場景的重要候選技術(shù)，但長期以來其效率與形貌穩(wěn)定性難以同時兼顧，限制了更大規(guī)模的工程化落地。

此次成果來自中國臺灣地區(qū)國立臺灣大學(xué)（National Taiwan University，NTU）、中國臺灣地區(qū)國立陽明交通大學(xué)（National Yang Ming Chiao Tung University，NYCU）與中國臺灣地區(qū)國立清華大學(xué)（National Tsing Hua University，NTHU）的聯(lián)合研究。團(tuán)隊(duì)將突破口鎖定在近年來推動OPV效率躍升的非富勒烯受體（Non-fullerene acceptor, NFA）體系：受體分子負(fù)責(zé)“接收”電子并參與形成連續(xù)電荷傳輸通道，而受體的自組裝方式會直接決定活性層納米形貌——這往往是效率與穩(wěn)定性的共同“天花板”。

研究的核心策略是“側(cè)鏈長度的窗口化優(yōu)化”。團(tuán)隊(duì)圍繞一種C形的鄰位苯并二吡咯（ortho-benzodipyrrole）骨架受體，設(shè)計(jì)并合成了CB8、CB12、CB16、CB20等系列分子（名稱中的數(shù)字對應(yīng)側(cè)鏈長度差異），并與常用給體聚合物PM6進(jìn)行匹配驗(yàn)證。報(bào)道用“拼圖”作比喻：側(cè)鏈過短會導(dǎo)致分子堆積過緊、過度聚集，電荷容易被困在局部；側(cè)鏈過長又會把分子“撐”得太開，削弱連續(xù)傳輸路徑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，CB16處在“恰到好處”的窗口區(qū)間，既抑制了不利的團(tuán)聚，又保留了足夠的分子耦合與貫通網(wǎng)絡(luò)，從而形成更理想的給受體互穿結(jié)構(gòu)并提升載流子輸運(yùn)效率。

為驗(yàn)證這一“分子結(jié)構(gòu)—界面—光伏性能”的因果鏈條，三校分工體現(xiàn)出典型的跨學(xué)科協(xié)作路徑：國立陽明交通大學(xué)（NYCU）側(cè)重化學(xué)合成與結(jié)構(gòu)系列化構(gòu)建；國立臺灣大學(xué)（NTU）采用超快瞬態(tài)吸收光譜等手段，追蹤皮秒尺度的電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)，證明CB16器件具有更快的電荷分離/轉(zhuǎn)移動力學(xué)；國立清華大學(xué)（NTHU）則借助中國臺灣地區(qū)國家同步輻射研究中心（National Synchrotron Radiation Research Center，NSRRC）的X射線散射等表征能力，觀察活性層內(nèi)部的堆積與網(wǎng)絡(luò)連通性，確認(rèn)CB16與PM6形成更平滑、互聯(lián)的形貌結(jié)構(gòu)。

在性能層面，報(bào)道給出的關(guān)鍵數(shù)據(jù)是18.13%的PCE，并強(qiáng)調(diào)該器件在經(jīng)歷長時間加熱后仍能保持較好的性能穩(wěn)定性，顯示出一定的耐久潛力。共同通訊作者之一、國立臺灣大學(xué)（NTU）化學(xué)系教授周必泰（Pi-Tai Chou）在報(bào)道中表示，這項(xiàng)系統(tǒng)性研究表明，“對分子架構(gòu)的精確控制”是解鎖下一代高效率太陽能技術(shù)的關(guān)鍵。論文發(fā)表于德國 Wiley-VCH 出版的《Advanced Functional Materials》，并給出了可檢索的DOI信息。

放在更大的技術(shù)坐標(biāo)系中看，OPV在全球范圍內(nèi)正沿著“非富勒烯受體主導(dǎo)、分子自組裝可控、形貌窗口可復(fù)制”的路徑加速演進(jìn)。權(quán)威期刊論文曾指出，基于NFA體系的OPV效率已達(dá)到約18%的量級，這意味著“18%+”正在從單點(diǎn)突破走向可重復(fù)的材料—工藝協(xié)同優(yōu)化問題。與此同時，學(xué)界也在探索面向可持續(xù)與規(guī)模化的自組裝與制膜策略，以縮小“小面積高效率”與“組件級可制造”之間的差距。此次以側(cè)鏈工程為抓手、并用同步輻射等手段做結(jié)構(gòu)學(xué)閉環(huán)驗(yàn)證的路線，提供了一個更接近工程放大的研究范式：不僅給出結(jié)果，更給出可遷移的方法論。