有机太阳能电池要实现其大规模商业化应用，发展具有高耐受性的厚膜活性层至关重要，但后膜性能往往受限于活性层增厚导致的电荷传输能力下降和复合损失加剧。因此，理解和优化厚膜器件中的电荷传输行为是实现高性能的关键。鉴于此，山东大学殷航教授、郝晓涛教授、张茂杰教授和北航孙艳明教授等人近期在期刊《Nature Communications》发文，题为“Critical length screening enables 19% efficiency in thick-film organic solar cells”。研究提出了一种实验方案，将 “临界长度”(一种有别于零场迁移率的本征属性)确定为决定厚膜有机太阳能电池性能的关键因素。对比研究发现，具有高临界长度的受体可形成更大的畴区，这不仅能提高跳跃频率、改善电荷迁移率，还能降低迁移率的场依赖性，这些因素共同提升了器件性能。基于该筛选标准，确定了 BTP-eC9 为一种通用型受体，并在 D18:L8-BO:BTP-eC9 体系的厚膜有机太阳能电池中实现了 19.0% 的光电转换效率。本研究不仅展示了高性能厚膜有机太阳能电池的制备方法，更从根本上推动了专为厚膜兼容型有机半导体设计的材料筛选方法学的发展。

创新点：

1.提出“临界长度”作为厚膜有机太阳能电池受体的筛选指标，综合考量零场迁移率、跳跃频率与场依赖性，突破传统单一迁移率筛选的局限性。

2.在300纳米厚膜条件下，D18:L8-BO:BTP-eC9三元体系实现19.0%的光电转换效率，为当前厚膜OSCs最高效率之一。

3.BTP-eC9的引入优化了活性层形貌，增大受体畴尺寸，促进载流子长程传输，并有效抑制缺陷态与载流子复合。

未来展望：

1.验证普适性：将临界长度筛选策略应用于更广泛的给体/受体材料体系(如聚合物给体、新型A-D-A型受体等)，检验其普适性。

2.分子设计指导：利用临界长度与分子结构、聚集态结构的关联，指导合成具有更大共轭骨架、更强分子间作用力的新型受体材料。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64808-x