有机太阳能电池（OSCs）作为新一代光伏技术，因其独特的轻薄柔韧特性而备受关注。其中，全聚合物太阳能电池（all-PSCs）因聚合物材料固有的机械柔韧性和长期稳定性潜力，成为研究的热点。然而，当前聚合物受体的研究面临着诸多挑战，尤其是主流的Y系列聚合物受体由于其单体分子构型的特殊性，在聚合位点的空间产生钝化效应，导致受体分子量普遍较低（数均分子量M_n一般在10 kDa左右，相当于4-5个重复单元）。低聚合度严重削弱了分子间的物理缠结能力，降低了薄膜形态的稳定性以及机械柔韧性；同时，分子堆积无序性较高，也削弱了电荷产生、传输及器件效率，造成明显的批次差异。

近年来，尽管国内外研究人员通过分子设计和器件工程取得了一定进展，但本质问题仍未得到解决。在此背景下，青岛能源所先进有机功能材料与器件研究组积极探索新型类聚合物-寡聚体材料开发。寡聚体兼具小分子的结构确定性和聚合物的长程有序特性，有望规避聚合物受体所面临的效率和稳定性问题。基于此思路，研究团队开发了一种S构型四聚体分子4Y-BO，其与聚合物受体PY-BO具有相同的分子骨架及相近的分子量（图1）。通过GIWAXS研究证实，4Y-BO薄膜具有更加紧密有序的分子堆积，结晶性和载流子特性得到显著提升。同时，四聚体分子与聚合物给体之间具有相对更强的相互作用，异质结表现出高度有序的纤维状微晶结构，为高效的电荷产生、传输和稳定活性层形貌奠定了基础。

在具体应用方面，以PM6为给体，基于四聚受体4Y-BO的二元有机光伏电池实现了高达19.75%的优异性能（认证效率19.58%，寡聚受体的最高记录），且批次间差异显著小于基于聚合物受体的器件（15.66%）。

更为重要的是，四聚体4Y-BO的光伏器件在稳定性方面实现全方位提高：热稳定性方面，其高的玻璃化转变温度（T_g=134°C）抑制了分子蠕变行为及扩散，在80°C加速老化实验中，PM6:4Y-BO器件的T_80%寿命为2125小时，是PM6:PY-BO（512小时）的4.1倍；光稳定性方面，AM 1.5G持续光照150小时后，器件效率保持率近93%（PM6:PY-BO为83%）；机械稳定性方面，PM6:4Y-BO共混膜的弹性模量（232 MPa）和弹性变形能力（6.22%）均优于PY-BO（221 MPa，5.35%），柔性电池经1000次弯曲（弯折半径5 mm）后效率保持91%，展现出更快的弯折回弹性能。这种“刚柔并济”的特性使其成为可穿戴光伏器件的理想候选材料。这些研究结果证明，S构型四聚体在效率、稳定性和机械柔韧性方面的巨大潜力，且为柔性有机光伏的进一步研究提供了重要参考。

图1 聚合物受体与S构型四聚体性能比较

该工作以 “Polymer-like tetramer acceptor enables stable and 19.75% efficiency binary organic solar cells” 为题发表在国际知名期刊Nature Communications上。论文第一作者为王剑晓博士、孙成博士，通讯作者为包西昌研究员、李永海副研究员，并得到了褚君浩院士的悉心指导。该研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院青促会项目、山东能源研究院专项基金、“强基”计划、中国博士后科学基金以及山东省博士后创新人才支持计划等项目的资助。（文/图 王剑晓、李永海）

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-57118-9

Jianxiao Wang, Cheng Sun, Yonghai Li*, Fuzhen Bi, Huanxiang Jiang, Chunming Yang, Xichang Bao*, Junhao Chu, Nat. Commun.,2025,16,1784.