实验室李宁教授团队：形貌调控全喷涂制备高功质比有机太阳电池

功质比是重量受限领域光伏技术的关键指标，超柔有机太阳电池虽性能优异，但实验室成果的可扩展制造面临挑战。喷涂因其非接触式的加工方式，适配大面积制造备受关注。但加工过程中成膜动力学复杂，活性层形貌难调控，效率低于旋涂器件，亟需形貌调控策略提升喷涂器件性能与功质比。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的李宁教授课题组以喷涂活性层形貌调控为核心，成功喷涂活性层制备高效有机太阳电池，并进一步实现全喷涂制备高功质比器件。有望拓展可印刷、柔性轻量化有机光伏的实际应用。

该研究聚焦形貌可控、可大面积制备的全喷涂高功质比有机太阳电池，针对当前喷涂工艺存在的核心难题展开探究。现有喷涂器件受复杂成膜动力学影响，雾化液滴挥发、铺展与结晶过程难以调控，易造成薄膜形貌不均、相分离失衡、缺陷增多，导致电荷复合严重、传输受阻，效率普遍低于旋涂器件。同时喷涂涉及多维度工艺参数，多层结构全喷涂界面匹配困难，且高效率与轻量化带来的高功质比难以兼顾，制约其在卫星、无人机、可穿戴设备等重量受限场景的应用。

本研究以D18:L8BO:PYIT三元共混体系为研究对象，提出PYIT第三组分协同溶剂蒸汽退火处理的形貌调控策略，从分子组装与薄膜动力学层面突破喷涂成膜瓶颈，精准实现活性层形貌调控，最优喷涂活性层器件光电转换效率达18.27%，处于无辅助条件下喷涂有机太阳电池先进水平。机理研究表明，优化后的喷涂条件可实现温和均匀的分子组装，形成有序晶体结构，改善分子排列方式，有效抑制电荷复合、提升电荷传输性能。进一步通过逐层优化ZnO、PEDOT:F及AgNWs电极的喷涂参数，实现器件空气中全喷涂制备，成功构筑功质比大于250 W g⁻¹的超轻器件。该工作解决了喷涂工艺规模化制备的关键瓶颈，为形貌精准调控、高性能全印刷有机光伏器件开发提供新思路，推动轻量化有机太阳电池在特殊应用领域的实际落地。

        相关研究成果以“Morphology-Controlled FullySpray-Coated Organic Solar Cells with High Power-to-Weight Ratio”为题发表在Green Chemistry上，其中通讯作者为李宁教授，第一作者为王钦硕士生和安康博士后。该研究工作得到了中国国家自然科学基金（52394273和52373179）、TCL科技创新基金（20242065）、中央高校基本科研业务费专项资金（2025ZYGXZR024）以及中国教育部基础与交叉学科突破计划（JYB2025XDXM410）等科研项目的资助。