人们普遍认为，有机太阳能电池活性层的形态对其光伏性能起着决定性作用。目前，高性能有机太阳能电池主要由共轭聚合物给体和非富勒烯小分子受体组成。研究表明，由于给体和受体之间的分子结构相似性，有机太阳能电池的活性层在其形成过程中主要经历固-液（S-L）相分离。更具体地说，在活性层形成过程中，共轭聚合物给体材料因其显著的聚集行为和结晶性而首先析出，从而形成纳米纤维网络结构。随后，小分子受体在这种纤维网络内结晶，形成纳米级受体结晶相。这种薄膜形态的发展过程促进了给体和受体之间互连双纳米纤维网络结构的建立，这有利于电子和空穴的有效传输，从而提高了器件性能。因此，在高性能有机太阳能电池的制造过程中，通过给体和受体材料的自组装精确调控结晶过程至关重要。将超分子化学原理融入活性层的成膜过程，并通过超分子相互作用同时调节给体和受体材料的结晶动力学，是优化活性层形态和提高器件效率的关键策略。然而，这种方法也面临技术挑战。

  青岛大学刘亚辉、南京林业大学赵文超和北京师范大学薄志山、徐新军团队联合开发了三种氯化噻唑添加剂（即TZ-Cl、TZ-2Cl和TZ-3Cl），其氯原子数量逐渐增加。研究结果表明，这些添加剂能够与给体材料（PM6）和受体材料（L8-BO）形成超分子相互作用，对PM6和L8-BO的自组装过程产生显著影响。随着氯原子数量的增加，超分子相互作用逐渐增强，导致材料结晶速率减慢。因此，给体和受体材料均表现出显著增强的结晶性能，从而能够形成纳米纤维状组装结构。此外，由于共混膜在固-液相分离过程中的独特特性，它保留了纯材料的组装行为，进一步诱导形成了给体和受体互连的双纤维网络形态。这种转变显著增强了器件的传输能力和功率转换效率。具体而言，在PM6:L8-BO二元体系中，我们实现了19.8%的显著PCE和80.19%的高填充因子（FF），同时显著提高了器件的稳定性。此外，这一策略在多个有机太阳能电池系统中也表现出显著的性能提升。值得注意的是，在基于PM6:BTP-eC9-4F:DM-F的三元有机太阳能电池系统中，我们实现了20.2%的PCE和79.83%的FF。这些二元和三元有机太阳能电池的性能值是目前的最高水平之一。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D4EE05375C