有机太阳能电池的稳定性提高了50倍，只需手性液晶！

图：D18 的浓度驱动组装途径。a) 不同浓度的氯苯中 D18 溶液的交叉偏振光学显微镜 (CPOM) 图像及其相应的 CD 光谱（图像是在溶液边缘拍摄的；因此，实际浓度可能高于所示浓度）和 >100 mg mL −1冻干溶液的扫描电子显微镜 (SEM) 图像。首先将溶液加热至 100 °C 以达到各向同性相，然后以 10 °C min −1的速度冷却至室温，从而拍摄 CPOM 图像。b) 通过将溶液从各向同性相快速淬火至室温制备的相同 D18 溶液的 CPOM 图像和 >100 mg mL −1冻干溶液的 SEM 图像。c) D18 浓度依赖性组装途径的示意图。 d)通过部分（a）中描述的缓慢冷却方法制备的>100 mg mL −1冻干溶液的本体区域中观察到的大型螺旋纤维的 SEM 图像

研究团队由化学与生物分子工程学教授Ying Diao领导，他们专注于制造过程中的分子组装环节。OSCs由多层纳米薄膜组成，而打印薄膜时的加工条件会直接影响分子的排列结构。通过精确控制打印速度和墨水蒸发速率，研究人员能够将分子组装过程锁定在不同阶段，从而实现对薄膜结构的精准调控。

实验中发现，当缓慢打印薄膜时，蒸发过程在物理上占主导地位，迫使聚合物在形成薄膜之前先组装成液晶结构。这种液晶结构显著提升了OSCs的稳定性和效率。进一步的实验表明，液晶组装路径可以是手性（螺旋状）或非手性，而手性结构表现出最佳性能。手性结构的聚合物不仅提高了薄膜的结晶性，还增强了电荷传输效率，使薄膜在形态上更加坚固和稳定。

图：a) 混合膜的光诱导力显微镜 (PiFM) 图像，其中绿色和蓝色区域分别代表供体和受体域。b) 根据印刷方案，混合溶液中 D18 的拟议组装途径。在 LL 方案中，D18 经历随机纤维聚集途径，而在蒸发方案中，它经历 LC 介导的组装。溶剂决定了两种情况下组装途径的范围，其中使用 CF 会导致动力学淬灭组装，相分离较小，结晶度较差至中等，具体取决于涂层方案。使用 CB 可延长薄膜沉积时间，导致大规模相分离

研究结果显示，与随机聚集路径相比，非手性液晶路径的效率提高了20%，稳定性提高了三倍。而手性结构的效率则提高了56%，稳定性更是提高了50倍。这一成果不仅为OSCs的制造提供了新的技术路径，还为未来有机太阳能电池的大规模应用奠定了基础。

图：溶致液晶 (LLC) 组装途径对 OPV 共轭聚合物性能的普遍性。a) 聚合物供体 PDCBT 和 PTQ-10 以及非富勒烯受体 ITIC 和 Y6 的结构。b) 在氯仿中以蒸发和 LL 方式印刷的 PDCBT（左）和 PTQ-10（右）薄膜的 CPOM 图像。100 mg mL −1的 c) PDCBT 和 d) PTQ-10 溶液图像的 CPOM 。（e） PDCBT：ITIC 和 PTQ-10：Y6 体系的I-V曲线，以及 f）氯仿中不同方式之间的设备性能比较。所有统计数据均以基于 8-12 个设备的平均值±标准差表示（**** p < 0.0001 和 * p < 0.05 表示样品之间存在统计学上的显着差异）

Ying Diao教授指出，此前人们对墨水从涂覆到打印过程中发生的变化知之甚少，这一环节被视为一个“黑箱”。而此次研究揭开了这一隐藏过程的面纱，为制造更高效的有机太阳能电池提供了新的思路。未来，这一技术有望应用于各种类型的有机太阳能电池材料，进一步推动新能源技术的发展。