北化新闻网10月21日电  10月20日，北京化工大学张志国教授与林雪平大学高峰教授、中国科学院化学研究所张贞研究员合作，通过在有机太阳能电池的电极与活性层之间构建一个高度有序、取向可控的界面分子层，来“引导”电荷的高效传输与收集，从而突破能量转化效率的瓶颈。相关成果以“Directed assembly of cathode interlayers enables efficient binary organic solar cells”为题，发表在《自然：能源》（Nature Energy）杂志上。北京化工大学为第一单位，博士生姚嘉、张铭与苏州大学张睿、吉林大学王同辉为共同第一作者。该研究工作得到了李永舫院士的指导。

阴极界面层的定向自组装示意图

有机太阳能电池具有轻质、柔性和可溶液加工等特点，在柔性光伏及便携式能源等领域具有应用潜力。阴极界面层位于光活性层与金属电极之间，可通过形成界面偶极、调节能级匹配来促进电子提取。然而，界面偶极的大小与方向高度依赖界面分子的排列取向，复杂的分子间作用使其难以有效调控，限制了器件性能的进一步提升。如何让界面分子有序排列，是进一步提升器件性能的重要问题。

针对这一问题，研究团队利用苝二酰亚胺类界面材料兼具疏水芳香核与亲水极性侧链的两亲性特点，构建了分步组装方法。首先用甲醇预处理活性层表面，再沉积溶于三氟乙醇中的阴极界面材料。吸附在活性层表面的甲醇作为分子模板，优先与界面分子的极性侧链相互作用，引导其在成膜过程中形成更趋于垂直基底的排列。该方法对不同阴极界面层和活性层在提升能量转化效率上具有普适性。该研究表明，除分子结构设计外，界面分子的组装取向也是提升器件性能的关键因素。通过简便的溶液加工步骤引导分子有序排列，可有效改善界面电荷提取，为高效有机太阳能电池的界面材料开发与器件优化提供了新的思路。

该研究得到国家自然科学基金面上项目(52373168, 22175014)和尧山实验室开放课题的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41560-026-02148-w

张志国教授简介

张志国教授主要从事聚合物太阳能电池方面的研究。作为通讯作者在Nat. Energy、Nature Commun、Acc. Chem. Res.、J. Am. Chem. Soc、Natl. Sci. Rev.等期刊上发表研究论文100余篇，连续8年入选Clarivate Analytics “全球高被引科学家”名单（2018-2025）。入选2016年北京市科技新星人才计划，2017年度获得国家自然科学基金青年科学基金项目（B类）资助。

审核丨王雨晴  郭新东  梁燕亮