有机太阳能电池，光伏领域的“轻骑兵”。

它轻、薄、可柔性制备，潜力无限。近年来，其效率已突破20%大关。然而，进一步提升效率的关键，已不再是合成新的分子，而是如何让光活性层“长”出理想的纤维状网络结构——就像给电荷铺设一条“高速公路”。

传统方法主要通过增强材料结晶性来控制形貌，但“结晶度高”并不等于“网络有序”。在快速成膜的非平衡过程中，纤维网络往往短而杂乱，充满缺陷，限制了电荷的传输和收集。

华南理工大学应磊教授、钟文楷教授团队想到一个巧妙的解法。

他们引入了一种二维纳米材料——磷硫化钴（CoPS₃）纳米片，利用其独特的表面性质，在薄膜成膜过程中起到“动力学模板”的作用，引导分子自组装成更长、更细、更有序的纤维网络。成果于2026年7月22日发表于《自然-通讯》。

基于D18:L8-BO体系的器件实现了21.0%的光电转换效率，且该策略在多种光伏体系中均展现出普适性。

用“模板”而非“晶种”引导自组装

不同于传统添加剂作为“晶种”诱导结晶，CoPS₃纳米片更像一个“脚手架”。

它表面具有各向异性和电子交互特性，能与给受体分子产生选择性、非共价的弱相互作用（计算表明CoPS₃与L8-BO的结合能甚至高于D18与L8-BO之间的结合能）。这种相互作用在溶液成膜的关键窗口期，延迟并延长了分子的凝聚过程（原位吸收光谱证实），为分子提供了更充分的时间进行自我排列，从而形成长程有序的纤维网络。

Figure 1（动力学模板自组装示意图）

形貌：长、细、纯、有序

CoPS₃的引入并未显著改变材料的结晶性（GIWAXS显示π-π堆叠距离几乎不变），却在介观尺度上彻底重塑了形貌：

• AFM-IR成像显示，纤维网络从121纳米延长至143纳米，宽度从17纳米缩小至12纳米，且高度定向（取向因子从0.41提升至0.81）。
• 共振软X射线散射（RSoXS）进一步证实，CoPS₃促进了更高纯度的纤维相分离。

Figure 3（分子致密化与多尺度相分离）

性能：效率与稳定性的双赢

这种优化后的形貌，在多个层面提升了器件性能：

• 激子扩散长度：在给体和受体材料中分别从22纳米和16纳米提升至34纳米和30纳米，意味着更多激子能“活着”到达界面。
• 电荷传输更平衡：空穴和电子迁移率分别提升了62%和109%，且更平衡（μh/μe≈1.04），减少了电荷堆积。
• 非辐射复合被抑制：陷阱辅助复合和双分子复合均被显著抑制（理想因子从1.22降至1.07）。最终，D18:L8-BO体系器件效率从19.6%提升至21.0%（认证效率20.53%），且存储稳定性也得到改善（1000小时后仍保持94.7%初始效率）。

Figure 4（光伏性能与存储稳定性）

最重要的是，该策略在PTzBI-dF:L8-BO和PM6:Y6等体系中也取得了近2个百分点的效率提升，证明了其普适性。

Figure 6（策略普适性验证）

论文信息：Kinetically templated fibrillar self-assembly via two-dimensional nanocrystals enables 21% efficient organic solar cells，Nature Communications，2026，DOI: 10.1038/s41467-026-75699-x

一句话总结：

引入二维CoPS₃纳米片作为动力学模板→延迟分子凝聚、引导自组装→形成长程有序纤维网络→提升激子扩散与电荷传输→D18:L8-BO器件效率21.0%→策略普适于多体系→为有机光伏形貌调控提供新思路。