海川

隨著全球氣候環(huán)境日益惡化和化石能源的不可再生性，人們對(duì)清潔可再生能源的利用迫在眉睫。太陽(yáng)是太陽(yáng)系的中心天體，是距離地球最近的恒星，其內(nèi)部在不斷的進(jìn)行熱核反應(yīng)，穩(wěn)定地向宇宙空間輻射能量，相當(dāng)于全球一年內(nèi)消耗總能量的3.5萬(wàn)倍。太陽(yáng)能因其清潔、儲(chǔ)量大、分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注，對(duì)太陽(yáng)能的利用中，太陽(yáng)能電池占據(jù)了很大比例。

太陽(yáng)能電池，是基于光生伏特效應(yīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種光電轉(zhuǎn)換器件，目前國(guó)際光伏市場(chǎng)上的太陽(yáng)能電池主要有晶體硅（包括單晶硅、多晶硅）、非晶/單晶異質(zhì)結(jié)（HIT）、非晶硅薄膜、碲化鎘（CdTe）薄膜及銅銦硒（CIS）薄膜太陽(yáng)電池等。其中商品化的晶體硅太陽(yáng)能電池仍占主流，其光電轉(zhuǎn)化效率已達(dá)25%，其計(jì)算的轉(zhuǎn)換效率的極限值為31%，但受到材料純度和制備工藝限制，很難再提高其轉(zhuǎn)化效率或降低成本；而非晶硅太陽(yáng)能電池雖然能大面積生產(chǎn)，造價(jià)又低廉，但其轉(zhuǎn)換效率仍比較低，并且穩(wěn)定性差。

下面就逐一介紹幾種腦洞大開(kāi)的太陽(yáng)能電池，盡管有的還處于技術(shù)研發(fā)階段甚至是學(xué)術(shù)研究階段，但無(wú)疑給我們提供了頗具參考價(jià)值的啟示。

日落后繼續(xù)工作的太陽(yáng)能電池

作為全球最為著名的技術(shù)榜單之一，《麻省理工科技評(píng)論》全球十大突破性技術(shù)具備極大的全球影響力和權(quán)威性。今年的這一榜單提到了一項(xiàng)能源技術(shù)：太陽(yáng)能熱光伏電池，這是一種可以讓太陽(yáng)能電池效率翻倍的技術(shù)。

這項(xiàng)新設(shè)計(jì)可能會(huì)催生出在日落后依然可以工作的廉價(jià)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)由麻省理工學(xué)院的David Bierman，Marin Soljacic，Evelyn Wang和普渡大學(xué)Vladimir Shalaev共同研究。該技術(shù)預(yù)計(jì)在2027—2032年期間發(fā)展成熟實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池效率翻倍的秘訣在于先將太陽(yáng)光變成熱能，然后將其重新變成聚集在太陽(yáng)能電池可以使用的光譜范圍內(nèi)的光。而且，麻省理工學(xué)院的這個(gè)裝置是第一個(gè)可以比只使用光伏電池吸收更多能量的裝置。

該技術(shù)能成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟是開(kāi)發(fā)了一種叫作吸收—輻射器的工具，它本質(zhì)上就是一個(gè)放在太陽(yáng)能電池上方的光漏斗。吸收層由實(shí)心的黑色碳納米管構(gòu)成，用來(lái)捕獲太陽(yáng)光中的所有能量并將其中的大部分轉(zhuǎn)化為熱。

麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)技術(shù)當(dāng)然也有其弊端，比如部分部件相對(duì)而言價(jià)格仍然非常高昂，以及目前僅能在真空環(huán)境下工作等。不過(guò)其經(jīng)濟(jì)性應(yīng)該會(huì)隨著效率的提高而提高。

如果研究人員可以整合儲(chǔ)熱設(shè)備，并提高效率水平，該系統(tǒng)有朝一日將可以實(shí)現(xiàn)清潔、廉價(jià)和連續(xù)的太陽(yáng)能電力供應(yīng)。

雨天也能發(fā)電的太陽(yáng)能電池

盡管太陽(yáng)能通過(guò)電池技術(shù)改變了獲取能源的傳統(tǒng)方式，但這一技術(shù)受制于太陽(yáng)能的最大軟肋——天氣因素，太陽(yáng)能電池?zé)o法在不理想的天氣情況下輸出最優(yōu)功率。

雖說(shuō)雨水可以沖洗掉太陽(yáng)能電池上阻礙光線照射的灰塵或污垢，相對(duì)起到了提高效率的作用。但不可否認(rèn)的是，當(dāng)碰到下雨或多云的天氣，太陽(yáng)能電池的產(chǎn)能效率也隨之大打折扣，其中的能量幾乎全是之前儲(chǔ)存的。

多年來(lái)，工程師和材料學(xué)家在提高太陽(yáng)能電池發(fā)電效率、擴(kuò)大儲(chǔ)電容量上的作為頗多。然而，中國(guó)科學(xué)家們另辟蹊徑，借助“萬(wàn)能石”石墨烯，成功開(kāi)發(fā)出一種和雨天相當(dāng)“合拍”的新型太陽(yáng)能電池。

“我們想要開(kāi)發(fā)出一種陽(yáng)光和雨水都可觸發(fā)的太陽(yáng)能電池?！痹撗芯康念I(lǐng)頭人中國(guó)海洋大學(xué)材料科學(xué)家唐群委說(shuō)。

2016年3月21日，中國(guó)海洋大學(xué)（青島）與云南師范大學(xué)（昆明）的科研團(tuán)隊(duì)在德國(guó)期刊《應(yīng)用化學(xué)國(guó)際版》上發(fā)布研究報(bào)告詳細(xì)闡述了這項(xiàng)成果，為了使得雨水也能產(chǎn)生電能，研究人員在高效染料敏化太陽(yáng)能電池表面上覆蓋了一層石墨烯薄膜。

眾所周知，石墨烯是一種碳原子呈蜂窩狀排列組合成的二維晶體，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性等，其表面富含大量離域電子（即自由移動(dòng)的電子），在遇水的情況下，石墨烯的電子可吸引正電荷離子，即我們熟知的路易斯酸堿電子理論，這一屬性也可用于去除溶液中的鉛離子和有機(jī)染料。

該科研團(tuán)隊(duì)受此啟發(fā)，使用石墨烯薄膜從雨水中獲取電能。要知道，雨水并不是毫無(wú)雜質(zhì)的純凈水，其中含有能分離成正負(fù)離子的鹽份，其中正電荷離子主要為鈉離子、鈣離子與氨鹽基。據(jù)外媒《IEEE綜覽》報(bào)道，為了巧妙利用這些化學(xué)成分，科學(xué)家選用了能夠吸引正離子的石墨烯薄膜，在雨水與石墨烯的接觸點(diǎn)上，這些成分會(huì)被吸附到石墨烯表面，這層帶正電的離子層會(huì)與石墨烯的負(fù)電電子作用結(jié)合，形成一個(gè)電子與正電荷離子組成的雙層結(jié)構(gòu)，能起到電容器一樣儲(chǔ)備電能的效果，雙層間的勢(shì)能差足以產(chǎn)生電壓和電流。

在測(cè)試過(guò)程中，科學(xué)家們?cè)谌玖厦艋?yáng)能電池上加了一層石墨烯薄膜，然后把它們放在一種由銦錫氧化物和塑料制成的柔韌且透明的基質(zhì)上，由此形成的柔韌度高的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為6.53%，并能從用來(lái)模擬雨水的鹽水中產(chǎn)生數(shù)百的微伏特（microvolt）。

“未來(lái)太陽(yáng)能電池的發(fā)展趨向可能是全天候的?！碧迫何f(shuō)，但這一研究尚處于概念階段，距離投入商用還需很長(zhǎng)一段時(shí)間。唐群委還表示，他們未來(lái)的研究力度將集中于如何有效控制雨水中的各種離子，以及如何利用雨中那些常見(jiàn)的低濃度離子發(fā)電。

令人期待的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

自從2009年日本學(xué)者首次研究鈣鈦礦敏化太陽(yáng)能電池，經(jīng)過(guò)6年的發(fā)展，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從最初的3.1%躍遷到22.1%，與商業(yè)化多年的硅基電池、多晶硅電池、CIGS、CdTe等化合物薄膜電池相當(dāng)，激發(fā)了人們極大的研究熱情。

鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池（perovskite solar cells）是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽(yáng)能電池。其具有優(yōu)異的太陽(yáng)能-電能轉(zhuǎn)換效率（PCE），且擁有生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)原料和工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)過(guò)程綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

作為一種新型薄膜光伏技術(shù)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在2013年被science評(píng)為十大科技進(jìn)展之一。近日，多倫多大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)又突破了一項(xiàng)生產(chǎn)低成本可印刷式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的技術(shù)瓶頸。多倫多大學(xué)的Ted Sargent教授稱“鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池能夠以現(xiàn)有技術(shù)印刷生產(chǎn)廉價(jià)低成本的太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦型太陽(yáng)能與硅基太陽(yáng)能電池的結(jié)合能夠共同提高轉(zhuǎn)化效率，這種優(yōu)勢(shì)現(xiàn)在能夠在低溫中實(shí)現(xiàn)?！?

而他們開(kāi)發(fā)了一種全新的工藝，來(lái)生產(chǎn)太陽(yáng)能電池關(guān)鍵性元件-選擇性電極單基板（ESL，electron-selective layer），能夠在光晶和電子電路間構(gòu)建橋梁，新的工藝構(gòu)建的選擇性電極單基板為鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的低溫生產(chǎn)掃除了障礙，讓可印刷式鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池成為現(xiàn)實(shí)。

研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者Hairen Tan博士稱“傳統(tǒng)上生產(chǎn)ESL部件都需要在較高的溫度以上（500 ）進(jìn)行，這樣你就不能將柔性塑料板放于纖維化的硅基太陽(yáng)能電池上，這樣會(huì)熔化?！?/p>

而新的反應(yīng)工藝能夠讓ESL生長(zhǎng)在溶劑的電極上，這樣能夠150攝氏度下打造出ESL部件，這一溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大多數(shù)塑料制品的熔點(diǎn)。以此工藝生產(chǎn)出來(lái)的可印刷式鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了20.1%，僅僅稍低于高溫工藝生產(chǎn)的鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的22.1%的光電轉(zhuǎn)換效率。而Tan博士團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)的新型可印刷式鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池能夠在使用500小時(shí)后，仍維持90%以上的原有效率。

我國(guó)在鈣鈦礦電池研發(fā)領(lǐng)域也取得重要突破。去年底，上海交通大學(xué)韓禮元教授團(tuán)隊(duì)和蘇州黎元新能源科技有限公司合作研發(fā)，使面積36平方厘米鈣鈦礦太陽(yáng)能組件的能量轉(zhuǎn)化效率突破了12%。這一成果刊登在日前出版的光伏領(lǐng)域權(quán)威雜志《太陽(yáng)能電池效率記錄表》上，并獲得了國(guó)際權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的認(rèn)證。

韓禮元教授團(tuán)隊(duì)采用印刷方式取代實(shí)驗(yàn)室旋涂工藝，使得大面積均勻制模成為可能。在通過(guò)高精度集成模塊設(shè)計(jì)提高電池有效面積的同時(shí)，結(jié)合材料配方的改進(jìn)，保證了電池組生產(chǎn)效率的重復(fù)性和可靠性。上海交通大學(xué)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換材料研究中心陳漢博士表示，上述研究攻克了大面積制備鈣鈦礦電池組的技術(shù)瓶頸，對(duì)推動(dòng)其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程有著重要意義。

超細(xì)粉末國(guó)家工程研究中心主任馬新勝教授表示，與傳統(tǒng)薄膜電池相比，鈣鈦礦薄膜電池可擺脫對(duì)環(huán)境和高造價(jià)原材料的依賴，大大降低操作難度和設(shè)備成本。其產(chǎn)業(yè)化前景良好，有望打破目前硅太陽(yáng)能電池的壟斷格局。

但是，鈣鈦礦電池普遍存在穩(wěn)定性問(wèn)題，很多電池在測(cè)試的過(guò)程中就發(fā)生了衰變，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池也普遍存在遲滯現(xiàn)象，這些問(wèn)題減慢了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池走向商業(yè)化的進(jìn)程。此外，目前研發(fā)的鈣鈦礦電池面積多為1平方厘米及以下，大面積高效率組件面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，成為其走出實(shí)驗(yàn)室邁向規(guī)模化生產(chǎn)的主要障礙?？茖W(xué)家們正在全力以赴地尋找解決方法。

用3D打印研發(fā)柔性太陽(yáng)能電池

雖然特斯拉已經(jīng)在市場(chǎng)上占據(jù)了主導(dǎo)地位，但其電動(dòng)汽車的電力是需要充電來(lái)完成的，而不是自給自足。而國(guó)際上奇思妙想的工程師們正在積極開(kāi)發(fā)一種新的汽車技術(shù)，使用3D打印的部件，不僅可以讓一輛汽車自給自足，而且在晴天的時(shí)候可以無(wú)限里程的暢弛。據(jù)報(bào)道，美國(guó)能源部投220萬(wàn)美元研發(fā)太陽(yáng)能3D打印技術(shù)。

近年來(lái)，鈣鈦礦電池因其制備技術(shù)簡(jiǎn)單，成本低廉，轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢(shì)成為了研究熱點(diǎn)。目前研究的鈣鈦礦電池主要沉積在導(dǎo)電玻璃（FTO、ITO）上，由于玻璃的易碎性，大大的限制了鈣鈦礦電池的應(yīng)用?？纱┐麟娮釉O(shè)備的興起，使柔性光電子器件得研發(fā)受到了重視。鈣鈦礦電池屬于薄膜電池，其在一定程度上具有彎曲的能力，因而，柔性鈣鈦礦電池器件的制備成為可能。

柔性基底一般為有機(jī)聚合物，其耐熱性能較差，而在常規(guī)的鈣鈦礦電池中，金屬氧化物界面層需要很高的燒結(jié)溫度（500-600℃），這個(gè)溫度會(huì)對(duì)柔性基底產(chǎn)生毀滅性的損壞。另外柔性鈣鈦礦電池常用ITO作為底電極，ITO方塊電阻為10Ω/sq～50Ω/sq，阻值較大，對(duì)于大面積器件的效率影響較大。

據(jù)了解，國(guó)際上也對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行了積極的探索，之前一家澳大利亞的研究機(jī)構(gòu)利用3D打印技術(shù)還開(kāi)發(fā)出了一種薄如紙張的太陽(yáng)能電池，甚至能為一整棟摩天大樓提供能源。西班牙的Oxolutia公司也研制出了一種全新的光電池：SolarOxides，意為太陽(yáng)能氧化物，這是一種非常柔性的光伏太陽(yáng)能電池，可通過(guò)3D打印制造。

將太陽(yáng)光聚焦在電池陣列上，賓州州立大學(xué)還發(fā)明了CPV面板。通過(guò)3D打印技術(shù)，總厚度僅有一厘米，除太陽(yáng)能電池和布線以外99%的材料都是由丙烯酸類塑料或樹(shù)脂玻璃組成的。然而，CPV有它的局限性，只適用于有大量陽(yáng)光直射的區(qū)域，像美國(guó)西南地區(qū)。

麻省理工學(xué)院認(rèn)為3D打印技術(shù)將為太陽(yáng)能電池技術(shù)帶來(lái)變革，不僅僅提高20%的能源效率，還可以帶來(lái)高達(dá)50%的材料節(jié)約。隨著3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)的緊密結(jié)合，未來(lái)，不僅僅是汽車，更可能是一座大廈的外墻都將實(shí)現(xiàn)能源的自給自足。

華中科技大學(xué)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，發(fā)明了柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)，其目的在于通過(guò)采用高電導(dǎo)率的金屬作為底電極取代傳統(tǒng)的導(dǎo)電性較差的ITO，減小底電極電阻，使其具備制備大面積器件的潛能。據(jù)悉，華中科技大學(xué)還通過(guò)采用無(wú)需高溫加熱的摻雜電子收集層收集電子，解決了柔性基底耐熱性差的難題。

華中科技大學(xué)的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由柔性基底、金屬底電極、摻雜電子收集層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層和透明導(dǎo)電高分子頂電極組成。其中金屬底電極為通過(guò)磁控濺射、熱蒸發(fā)、噴涂或3D打印方法沉積的金屬材料。這種電池在標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光下，效率達(dá)到11%；彎折性能強(qiáng)，在半徑為10mm的曲率下，彎折1000次以上，電池性能衰減很小。此太陽(yáng)能電池可以應(yīng)用在曲面墻壁、汽車頂端等不能用剛性材料的發(fā)電裝置上，能夠在不影響器件性能的情況下彎曲?？磥?lái)，讓汽車實(shí)現(xiàn)晴天無(wú)限里程的馳騁，我們離這樣的夢(mèng)想更近了。

有機(jī)太陽(yáng)能電池

近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心納米系統(tǒng)與多級(jí)次制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員魏志祥、呂琨、博士鄧丹和西安交通大學(xué)教授馬偉等合作，設(shè)計(jì)并合成的可溶性有機(jī)小分子光伏材料，通過(guò)活性層形貌優(yōu)化，獲得了11.3%的光電轉(zhuǎn)換效率，這是目前文獻(xiàn)報(bào)道的可溶性有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池的最高效率，也是有機(jī)太陽(yáng)能電池的最高效率之一。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Commun.， 2016， 7， 13740）上。該成果得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米科技”重點(diǎn)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中科院納米先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。

與此同時(shí)，由南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授陳永勝領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)在有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域研究中也取得突破性進(jìn)展。他們利用寡聚物材料互補(bǔ)吸光策略構(gòu)建出一種具有寬光譜吸收特性的疊層有機(jī)太陽(yáng)能電池器件，實(shí)現(xiàn)了12.7%的光電轉(zhuǎn)化效率。據(jù)了解，這也是目前文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)的有機(jī)/高分子太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率的最高紀(jì)錄。

有機(jī)太陽(yáng)能電池因?yàn)槠渚哂性牧蟻?lái)源豐富、成本低廉、質(zhì)量輕、可通過(guò)印刷制備為大面積柔性器件等優(yōu)點(diǎn)，成為具有重要應(yīng)用前景的太陽(yáng)能利用方式，近年來(lái)引起廣泛關(guān)注。在活性層材料中，相比于聚合物材料，可溶性有機(jī)小分子具有純度高、明確的分子結(jié)構(gòu)和分子量等優(yōu)點(diǎn)。但是，目前基于有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池的效率依然需要進(jìn)一步提升，尤其是性能更為穩(wěn)定的反向器件的最高能量轉(zhuǎn)換效率低于9%。

自1958年第一個(gè)有機(jī)太陽(yáng)能電池器件誕生至今，如何提高光電轉(zhuǎn)換效率就始終困擾著各國(guó)科學(xué)家。這一問(wèn)題也直接決定著有機(jī)太陽(yáng)能電池能否走出實(shí)驗(yàn)室、走進(jìn)人類的生產(chǎn)生活。

“作為新興的前沿研究領(lǐng)域，近年來(lái)，得益于光活性層材料的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和器件結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，有機(jī)太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)化效率有了大幅攀升?！标愑绖僬f(shuō)，他與他的團(tuán)隊(duì)多年來(lái)對(duì)有機(jī)光伏器件材料篩選和構(gòu)筑工藝進(jìn)行深入系統(tǒng)研究，開(kāi)發(fā)了一系列可溶液處理的高效率寡聚物型分子活性層材料，于2015年實(shí)現(xiàn)了超過(guò)10%的光電轉(zhuǎn)換效率。

考慮到產(chǎn)業(yè)化要求，使用具有不同光譜吸收范圍的活性材料制備疊層光伏器件是進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)化效率的有效策略?；谠撍悸?，陳永勝教授團(tuán)隊(duì)與華南理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)等開(kāi)展合作，采用與工業(yè)化生產(chǎn)兼容的溶液加工方法制備得到高效有機(jī)太陽(yáng)能器件。經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了12.7%的驗(yàn)證效率。

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)原理，通過(guò)材料和器件的進(jìn)一步優(yōu)化，光電轉(zhuǎn)換效率還有進(jìn)一步提升的空間，有望達(dá)到15%以上?！跋乱徊?，我們將主要解決電池壽命問(wèn)題，進(jìn)一步提高能量轉(zhuǎn)化效率。相信有機(jī)太陽(yáng)能電池從實(shí)驗(yàn)室真正走向?qū)嶋H應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)的夢(mèng)想將在不久的將來(lái)成為現(xiàn)實(shí)。”陳永勝說(shuō)。

提高光電轉(zhuǎn)換效率的兩個(gè)主要途徑，一是通過(guò)分子設(shè)計(jì)調(diào)控能級(jí)結(jié)構(gòu)，二是通過(guò)改善器件活性層形貌從而降低電荷復(fù)合，減少能量損失。魏志祥課題組通過(guò)改變可溶性小分子的端基受體中氟原子的個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)方面的協(xié)同優(yōu)化。氟化端基有利于降低材料的HOMO能級(jí)和光學(xué)帶隙；同時(shí)可以降低與富勒烯受體的相容性和材料的表面能。研究表明，氟化端基誘導(dǎo)了材料在水平方向上多級(jí)次相尺寸的分布，即同時(shí)存在相純度高且利于電荷傳輸?shù)拇蟪叽珙w粒（約100nm）以及增加給受體界面面積且利于電荷分離的小尺寸顆粒（約15nm）。這種多級(jí)次相尺寸的分布使電荷分離和傳輸更趨于平衡，減少了電荷的復(fù)合，從而減少能量損失。在垂直方向上，氟化端基提高了表面給體材料的富集程度，在正極表面形成了電子阻擋層，進(jìn)一步減少了能量損失，從而實(shí)現(xiàn)了器件效率的提升。

基于此，該課題組提出了反向器件活性層的理想形貌模型，在水平上形成多尺度納米組裝結(jié)構(gòu)，在垂直方向上形成有利于電荷收集的垂直相分布。該工作深入闡述了高效光伏材料的分子設(shè)計(jì)、形貌調(diào)控和器件性能之間的內(nèi)在關(guān)系，對(duì)高效率有機(jī)光伏材料的設(shè)計(jì)具有重要借鑒意義。