专家视点

6 顺序结晶调控策略：助力有机太阳能电池组件效率突破18%

有机太阳能电池（OSCs）凭借机械柔性、轻量化、可溶液法制备等优势，已成为极具前景的光伏技术。目前，有机太阳能电池认证效率（PCE）已经突破20%。然而，高效率有机太阳能电池通常基于约100 nm的薄膜活性层制备，较薄的活性层在高通量印刷时易产生孔洞，而活性层厚度增加会导致电池效率急剧降低，严重制约了产业化进程。

天津大学/中国科学院大学黄辉教授与中国科学院大学蔡芸皓副教授合作，在最新出版的《半导体学报（英文）》2026年第6期上发表News and views文章“Crystallization-sequence engineering enables organic solar cell modules with efficiencies exceeding 18%”，简短评论了苏州大学李耀文教授团队有机太阳能电池活性层的材料顺序结晶策略，实现了给、受体材料结晶在时间和空间上的多维度协同调控，获得了本体异质结梯度分布的活性层，并表现出优异的厚度耐受性。

该团队开发了一种有机半导体调控剂AT-β2O，用于调控活性层中各组分的结晶顺序。在给体D18-Cl与受体N3的共混体系中引入AT-β2O后，受体N3的结晶滞后于D18-Cl，这一行为与二元D18-Cl:N3共混体系中的同步共结晶现象截然不同。这种结晶动力学调控，有利于在活性层中形成本体异质结型垂直梯度相分离，同时可提升受体结晶度，实现厚膜中载流子迁移率的平衡。基于该策略制备的单结有机太阳能电池单结实现20.82%的优异光电转换效率（认证效率20.43%）。当活性层厚度提升至250 nm和400 nm时，器件效率仍分别保持19.15%（认证效率18.81%）和17.93%。基于优异的活性层厚度耐受性，制备了有效面积15.03 cm²的大面积组件，光电转换效率达18.36%（认证效率18.04%）。

更为重要的是，顺序结晶调控策略展现出优异的工艺普适性与兼容性。该策略对不同活性层体系、溶剂和加工方法均具有广泛适用性，引入有机半导体调控剂AT-β2O的器件在不同加工条件下均表现出优异的厚度耐受性且适配现有大面积印刷制备工艺。顺序结晶调控策略不仅为制备高效率厚膜器件提供了解决方案，也解决了可高通量印刷有机光伏大面积模组制备过程中的瓶颈问题，这对于未来OSCs的工业规模开发至关重要。

图1.（a）AT-β2O调控N3结晶及给体/受体垂直分层示意图；（b）大面积有机太阳能电池组件结构示意图；（c）基于250 nm活性层制备的组件电流密度-电压曲线。

文章信息：

Crystallization-sequence engineering enables organic solar cell modules with efficiencies exceeding 18%

Yunhao Cai, Hui Huang

J. Semicond., 2026, 47(6): 060404 doi: 10.1088/1674-4926/26020050

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7 激基复合物驱动的全可拉伸OLED实现创纪录的17%外量子效率

有机发光二极管（OLED）因其本征可拉伸性，成为皮肤电子领域的理想候选技术。然而，可拉伸OLED的外量子效率（EQE）长期被限制在约10%左右。这一瓶颈主要源于两方面原因：一方面，为使发光材料具备可拉伸性而引入的绝缘弹性体基质，其非共轭单元会阻碍激子能量转移与电荷传输；另一方面，传统可拉伸电极的电学性能较差且界面接触不良，难以满足高效电荷注入的需求。因此，在全可拉伸OLED中实现高电致发光效率仍是当前面临的重大挑战。

苏州大学李亮教授、王孟副教授团队在《半导体学报（英文）》2026年第6期发表的News and Views文章“Exciplex-enabled fully stretchable OLEDs achieve a record external quantum efficiency of 17%”中，系统评述了首尔大学Tae-Woo Lee团队近期发表于《自然》杂志的一项突破性研究。后者提出了一种基于激基复合物的驱动策略，成功突破了上述长期存在的限制（图1a）。通过集成可拉伸的激基复合物辅助磷光发光层，并借助一种耐弹性体的三重态回收机制，三线态激子的利用效率得到显著提升。此外，该团队还采用功函数可调的MXene接触式可拉伸电极（MCSE），该电极可提供二维电接触，从而实现高效电荷注入。结合上述优化策略，他们制备的全可拉伸OLED在保持优异机械稳定性的同时，实现了创纪录的17%的外量子效率。

自旋翻转过程可将非辐射的三线态激子转换为辐射的单线态激子，这对可拉伸OLED至关重要，但因自旋-轨道耦合（SOC）对应变下分子间距离变化极为敏感而颇具挑战。针对这一问题，该团队选用了磷光发光体二(2-苯基吡啶)（Ir(ppy)₂acac）。其重金属铱中心能提供强大的自旋-轨道耦合，从而近乎完全地实现系间窜越与三线态激子利用。重要的是，研究表明，在50%的拉伸应变下，Ir(ppy)₂acac的本征自旋-轨道耦合仍保持稳定，自旋混合速率与光致发光（PL）稳定性均未受明显影响（图1b），证实了磷光掺杂剂在机械可变形器件中的适用性。

为防止聚集诱导的淬灭效应，并在柔软的基质中实现高效能量转移，该团队开发了一种可拉伸的激基复合物辅助磷光（ExciPh）层。该体系采用三(4-咔唑基-9-基苯基)胺（TCTA）与2,2′,2″-(1,3,5-苯三基)-三(1-苯基-1-H-苯并咪唑)（TPBi）形成激基复合物共主体，并以热塑性聚氨酯（PU）弹性体提供机械拉伸性。通常，绝缘基质会抑制短程德克斯特能量转移（DET），导致非辐射三线态损失。相比之下，该研究提出的ExciPh体系能使三线态激子在电荷转移态内发生反向系间窜越（RISC），随后通过长程Förster共振能量转移（FRET）将能量传递给磷光掺杂剂。这种“耐弹性体”的三线态回收路径，确保了即使存在绝缘PU基质时也能高效利用三线态激子。相较于单主体及不含激基复合物的体系，ExciPh层的光致发光强度显著增强，发光寿命延长。基于该发光层制备的OLED实现了21.7%的外量子效率，充分验证了该策略的有效性。

除发光层外，可拉伸透明电极对于全可拉伸OLED同样至关重要。传统脆性透明导体无法耐受反复应变，而可拉伸的渗滤网络通常存在结电阻高、功函数可调性差等问题。为克服这些困难，该团队将二维MXene中间层与银纳米线（AgNW）网络集成，开发出MXene导电可拉伸电极（MCSE）（图1c）。MXene片层充当导电粘合剂，有效“焊接”AgNW的交叉结点，从而改善了长程电荷传输。相较于未焊接的网络，载流子迁移率显著提升；所得电极的方块电阻约为30 Ω sq^-1，在550 nm波长下透射率超过85%。值得注意的是，MCSE的功函数（WF）可在3.79–5.71 eV的宽范围内调节。机械测试表明，电极在静态拉伸（100%应变）及数百次40%应变的循环形变下均保持稳定的电阻，展现出优异的可靠性。为进一步优化电荷注入，该团队引入了可拉伸梯度空穴注入层（SGraHIL），将全氟磺酸离聚物（PFSA）与非离子表面活性剂掺入聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）中（图1d）。深度剖析显示，该层具有垂直的功函数梯度，在抑制界面激子淬灭的同时保持了优异的可拉伸性。重要的是，无论长期储存还是机械形变后，均未观察到明显的相分离或形貌退化，凸显了多层系统的结构稳定性。通过集成SGraHIL、ExciPh发光层与MCSE电极，作者成功制备出全可拉伸OLED，实现了前所未有的17%的外量子效率（图1e）。器件在经历100次20%的循环应变后，仍能保持初始效率的83%，并展现出稳定的发射光谱与微弱的性能衰减。

这项工作代表了本征可拉伸光电子学领域的重大进展。该激基复合物驱动的三线态回收机制巧妙兼顾了机械柔性与高激子利用率这两个看似矛盾的需求。同时，基于MXene的可拉伸电极平台为实现高导电性、功函数可调的电极接触提供了一条可扩展的技术路径。除可穿戴显示器和电子纺织品外，该工作所展示的原理还有望推广至可拉伸传感器、柔软光子学系统等更广泛的领域。随着材料设计与器件工程的不断深度融合，完全可变形的高性能光电器件正日益迈向实际应用。

图1.（a）磷光型全可拉伸OLED的结构示意图。（b）左插图：施加50%拉伸应变前后，Ir(ppy)₂acac:PU的原位磁光致发光（magneto-PL）图谱。右插图：50%应变下可拉伸磷光体的三线态激子捕获过程。（c）MCSE嵌入过程的示意图。（d）全可拉伸OLED的能级排布图。（e）先前报道的全可拉伸OLED与使用可拉伸发光层的刚性LED的外量子效率（EQE）对比。

文章信息：

Meng Wang, Liang Li

J. Semicond., 2026, 47(6): 060405 doi: 10.1088/1674-4926/26020007

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