1 工作简介

         ——通过双组分协同作用的复合界面实现21%效率的有机太阳能电池

有机太阳能电池（OSCs）作为新一代光伏技术，凭借其柔性、轻质、可溶液加工等独特优势，在可穿戴电子、建筑一体化光伏及物联网供能等领域展现出广阔的应用前景。然而，OSCs的能量转换效率（PCE）长期落后于硅基和钙钛矿太阳能电池，其中，阴极界面层（CIL）的电荷提取能力不足、界面复合严重以及成膜质量差，是制约其性能提升的关键瓶颈。

针对这一挑战，中国科学院大学/天津大学黄辉教授、中国科学院大学蔡芸皓副教授团队与北京航空航天大学郭林教授团队合作，创新性地提出了一种“有机-无机双组分协同”的界面工程策略。该研究首次将二维非晶氧化锌（2D A-ZnO）与经典有机界面材料PNDIT-F3N复合，构建了新型复合阴极界面层（AZnO-F3N）。该设计不仅突破了传统单一材料在导电性、成膜性与缺陷钝化方面的局限，更通过有机-无机组分间的N-Zn相互作用，显著降低了复合界面缺陷态密度，提升了电子迁移率与薄膜均匀性（图1），从而实现了高效的电子提取与传输，并有效抑制了电荷复合。

最终，基于该复合CIL，以D18:L8-BO为活性层的二元OSC实现了20.6%的PCE（认证效率20.2%），引入第三组分BTP-eC9后，效率进一步提升至21.0%（认证效率20.8%），填充因子高达82.5%，是目前OSCs领域报道的最高认证效率之一。该界面层在多种活性层体系、厚膜器件（300 nm）及柔性器件中均表现出优异的适配性与稳定性，其光稳定性和机械耐久性显著优于传统有机CIL，展现出良好的规模化制备潜力。

本工作首次将二维非晶金属氧化物引入OSCs界面工程，突破了现有CIL在性能与工艺上的限制，同时，通过“双组分协同”的普适性策略，为高性能、高稳定性OSCs的开发提供了全新的材料设计思路与技术路径。该成果对推动OSCs在柔性电子、可穿戴能源等领域的实用化进程具有重要的学术价值与应用前景。

本工作以“Organic solar cells with 21% efficiency enabled by a hybrid interfacial layer with dual-component synergy”为题目，发表在《Nature Materials》期刊。李聪琪、蔡芸皓和胡鹏飞为共同第一作者，蔡芸皓、郭林和黄辉为通讯作者。作者感谢国家自然科学基金（51925306、52473200、51532001、52103352和52120105006）、国家重点研发计划（2018FYA0305800）、中国科学院重点研究项目（XDPB08-2）、中央高校基本科研业务费以及中国科学院大学提供的资金支持。

2 主要作者简介

共同第一作者

李聪琪，中国科学院大学材料科学与光电技术学院2020级直博生。

曾获中国科学院院长特别奖、国家奖学金等荣誉奖励。目前共发表SCI论文26篇，他引1500余次，其中以第一作者身份在Nat. Mater.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Inter. Ed.等国际高水平期刊发表多篇SCI论文。

共同第一作者

胡鹏飞，北京航空航天大学航空发动机研究院研究员，博士生导师。

2012年获北京航空航天大学应用化学本科学位，2018年获北京航空航天大学材料科学与工程博士学位，师从郭林院士。2018-2021年于北航化学学院进行博士后研究工作，入选“博新计划”。主要从事功能性微纳米材料的精准调控、结构表征与特性研究等方面的研究工作，以第一/通讯作者在Nature、Nat. Mater.、Nat. Synth.、Nat. Commun.、Sci. Adv.、J. Am. Chem. Soc.、Angew, Adv. Mater.、Chem等期刊发表SCI论文20余篇。获批国家自然科学基金青年项目B类、北航青年拔尖人才支持计划、博士后创新人才支持计划等。

共同第一作者、通讯作者

蔡芸皓，中国科学院大学材料科学与光电技术学院副教授。

主要研究方向为有机光电功能材料与器件。2019年于北京航空航天大学获得博士学位，随后在该校开展博士后研究（2019–2022年），期间入选 “博士后创新人才支持计划”。2022年加入中国科学院大学，并入选中国科学院高层次人才计划。2025年获国家自然科学基金青年科学基金（B类）资助，先后主持国家自然科学基金面上项目和青年科学基金（C类）等项目。在 Nat. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表论文60余篇，他引5000余次。

通讯作者

郭林，1964年10月生，中国科学院院士，北京航空航天大学化学学院教授、化学一级学科带头人，仿生界面材料科学全国重点实验室副主任。国家级领军人才，国务院政府特殊津贴获得者。获宝钢优秀教师奖（2013）、北京市有突出贡献的科学、技术、管理人才（2016）、北京市优秀教师（2017）、北京市研究生优秀指导教师（2020）、北航立德树人卓越奖（2020）、全国优秀教师（2024）等荣誉。

郭林长期从事无机非晶微纳材料的合成及特性研究，建立了非晶微纳材料化学合成方法学及其构效关系理论。发表SCI论文450余篇，SCI他引27000余次，入选科睿唯安和爱思唯尔高被引学者；授权国家发明专利45项。 受邀请出版非晶纳米材料英文学术专著：Amorphous Nanomaterials（2021, Wiley-VCH），并获优秀作者奖。第一获奖人获教育部自然科学一等奖（2010）、国家自然科学二等奖（2013）、中国颗粒学会自然科学一等奖（2024）、英国皇家化学会 Dalton Horizon Prize（2024，全球2个团队）等。

通讯作者

黄辉，天津大学/中国科学院大学教授，博士生导师，中国科学院海外人才引进计划入选者（结题优秀），2019年获国家杰出青年科学基金资助。

主要从事有机/高分子半导体材料的合成和应用研究，迄今发表高水平学术论文140余篇，其中包括：Nat. Mater.、Nat. Chem.、Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国内外顶尖学术刊物。目前任中国化学会副秘书长、高分子学科委员会委员、分子聚集发光委员会委员、 InfoMat、Sci. China Chem.编委等。先后获得多项奖励与荣誉，包括中国化学会-巴斯夫公司青年知识创新奖、中国科学院朱李月华优秀教师奖、中国科学院优秀导师奖等。

3 原文传递

https://www.nature.com/articles/s41563-025-02305-8