实验室黄飞&樊宝兵教授团队：金属有机框架与聚合物集成实现高效且稳定的有机太阳能电池

电子传输层（ETLs）在有机太阳能电池（OSCs）体系中承担降低界面能级势垒、调控电荷传输的关键作用，是实现高性能光伏器件不可或缺的界面材料。然而现有聚合物基电子传输层普遍存在本征导电性能有限以及界面缺陷较多等问题，二者共同造成电荷提取受阻、非辐射复合加剧，极大限制了器件光电转换效率与长期稳定性的同步提升。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的黄飞、樊宝兵教授课题组通过将一种镍基金属有机框架（Ni-MOF）引入聚合物电子传输层NDI-Br中，构筑复合型电子传输层。Ni-MOF的引入带来了丰富的Ni活性位点，这些Ni中心与 NDI-Br 中的溴阴离子形成配位作用，借助强相互作用有效优化界面电荷输运能力，抑制界面电荷复合，以此破解有机太阳能电池效率与稳定性难以兼顾的行业痛点。

本文提出一种通用性极强的 MOF 复合聚合物电子传输层界面工程新策略，将Ni-MOF 与经典聚合物电子传输材料 NDI-Br按 10:1 最优质量比复合构建杂化 ETL，借助 Ni²⁺/Ni³⁺空轨道与 NDI-Br 侧链 Br⁻的配位作用实现分子间高效电子掺杂，同步实现导电性能提升与界面缺陷钝化；基于 D18:L8-BO 二元活性层的目标器件实现 20.7% 的冠军光电转换效率，相较纯 NDI-Br 对照器件 19.1% 的效率，开路电压、短路电流密度、填充因子三项核心光伏参数同步提升；该杂化ETL还表现出优异的膜厚容忍性，ETL 厚度提升至 80nm 时器件仍可维持 17.3% 的光电转换效率。此外，在 65 ℃持续热老化 1000h 后器件可保留 90% 初始效率，热稳定性大幅优于仅 500h 效率便衰减至 80% 的对照组。该工作提供了一种通用的界面工程策略，可有效解决OSCs中效率与稳定性之间的权衡问题，为推动有机太阳能电池的实际应用提供了新的思路。

相关研究成果以“Integration of Metal-Organic Framework WithPolymer Electrolyte Enables Efficient and Robust Organic Solar Cells”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上，其中通讯作者为黄飞教授、樊宝兵教授，第一作者为王婷博士、刘溢哲博士、吴济发博后。该研究工作得到了中国教育部基础学科与交叉学科突破计划（JYB2025XDXM410）、国家自然科学基金（52573193、52433012）、国家重点研发计划（2022YFB4200400）、新基石科学基金会（青年科研人员 XPLORER奖）、广东省能源与信息高分子材料基础研究卓越中心等科研项目的资助。