近日，我校物质科学学院刘莎研究员与与南华大学李振业教授、赖寒健教授团队合作，在调控厚膜有机太阳能电池性能方面取得进展，相关成果以“Spin-manipulation via novel MoPS3 nanocrystal for high-performance thick-film organic solar cells”为题发表在《Nature Communications》(IF 16.6)期刊。刘莎研究员为本论文的共同通讯作者。

       有机太阳能电池（OSCs）因其轻量化、柔性化和低成本溶液加工特性，被视为下一代大面积光伏技术的重要方向。然而，厚膜（≥300 nm）有机太阳能电池在实现高功率转换效率时仍面临重大挑战：激子扩散长度有限，单重态激子寿命短，导致非辐射复合严重，同时载流子迁移率下降，填充因子和光电流损失明显。这一厚度与性能权衡问题，长期制约了有机太阳能电池的工业化大面积制备。

       该工作创新性地设计并制备了二维磁性 MoPS3 纳米晶体，通过溶剂辅助超声剥离得到高质量纳米晶体，并将其作为功能性添加剂掺入厚膜 OSCs 活性层。通过巧妙的材料工程，这些纳米晶体能够在活性层内部形成微弱内在磁场，并利用重金属 Mo 的自旋轨道耦合（SOC）效应，有效促进单重态（S1）向三重态（T1）的跃迁（ISC）。这一机制如同精细的“自旋开关”，显著延长了激子寿命和扩散长度，同时重新排列三重态与电荷转移态能量，抑制非辐射复合损失。研究团队通过瞬态吸收光谱（TA）、电子顺磁共振（EPR）、光致发光寿命（TRPL）等高精度表征，直接证实了 MoPS3 纳米晶体促进三重态生成和 ISC 加速的效果。实验表明，掺杂 MoPS3 后的 D18-Cl:L8-BO 厚膜 OSCs 激子扩散长度显著增加，载流子迁移率保持高且平衡，激子分离效率进一步提升。同时MoPS3 纳米晶体通过 S···Cl 和 Mo–O 定向协调作用，引导 D18-Cl 和 L8-BO 分子形成更加有序的 π-π 堆积和晶格排列，PiFM 与 GIWAXS 测试显示活性层纤维网络更均匀、细化，载流子陷阱和非辐射复合显著减少。

       基于这一策略，实验室制备的厚膜 OSCs 取得卓越性能：100 nm 活性层 PCE 达 20.37%，300 nm 厚膜仍保持 19.36%（经认证为 19.13%），创造了厚膜有机太阳能电池的最高纪录。进一步验证了方法的通用性，在 D18:L8-BO 和 PM6:Y6 系统中，厚膜 PCE 轻微下降，展现了极佳的厚度耐受性与可扩展性。

       这项工作不仅揭示了磁性纳米晶体在厚膜 OSCs 中延长激子扩散、抑制非辐射复合的内在机制，也为理性设计高性能、厚膜耐受的有机光伏材料提供了全新的理论基础和分子工具。该研究成果将有力推动有机光伏技术向高效、稳定、可产业化方向迈进，为可印刷大面积光伏器件的商业化应用奠定坚实基础。

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