有机太阳能电池在可穿戴电子领域具备广阔的应用前景，其中全聚合物太阳能电池（all-PSCs）凭借优异的本征稳定性与较高的输出电压，能够精准匹配储能与能量转换系统，是柔性光伏器件极具发展前景的体系。然而，传统全聚合物体系普遍存在给受体相容性差、共混薄膜形貌无序等问题，通常需要引入加工助剂调控活性层形貌，但其残留会严重劣化器件的长期工作稳定性。针对这一技术难题，南昌大学陈义旺团队联合赣南师范大学Huiliang Sun、Longbin Li及四川大学程沛团队，提出了一种新型化学同源结构设计策略，通过采用含相同联噻吩酰亚胺（BTI）构筑单元的聚合物给体与受体材料，实现了高性能、无助剂活性层的可控构筑。
该独特的同源分子设计可有效增强分子间相互作用、提升分子有序堆积程度、降低器件能量损耗，最终将器件开路电压提升至0.94 V，相比经典PM6:Y6体系提升12%。化学同源结构能够有效降低弗洛里-哈金斯相互作用参数，显著优化给受体两相热力学相容性，使活性层在无助剂条件下自发形成均匀、理想的纳米纤维状互穿网络结构。原位动力学分析与微观形貌表征结果证实，该同源结构可诱导活性层构筑高度有序的纳米双纤维互穿网络，有效优化载流子输运特性、显著抑制非辐射复合损耗，在摆脱加工助剂依赖的同时，同步提升了器件的光电性能与长期稳定性。
基于该策略制备的无助剂全聚合物太阳能电池实现了19.12%的超高光电转换效率，同时兼具优异的热稳定性、光稳定性与机械力学性能。器件在80 ℃高温条件下持续热退火1128 h后，仍可保持80%以上的初始光电转换效率；在1倍太阳光强LED持续光照条件下，器件T80使用寿命可达756 h，展现出优异的本征服役稳定性。为进一步验证该体系的规模化潜力与实际应用价值，团队成功制备出面积为70 cm²的大面积全聚合物光伏模组，并将其与串联锌空电池集成，构建了一套太阳能可充电、全天候自供能一体化系统，可在光照与黑暗环境下持续稳定输出电能，为下一代柔性、可穿戴光伏电子设备的产业化落地提供了切实可行的技术路径。
该研究系统揭示了化学同源策略在构筑高性能、高稳定、无助剂全聚合物太阳能电池中的核心调控机制，为全聚合物光伏体系的微观形貌精准调控提供了通用的分子设计原则。该技术有效突破了传统体系依赖加工助剂、稳定性不足的瓶颈，为研发高稳定、环境友好、可规模化制备的一体化光伏供能器件奠定了扎实的理论与实验基础，对推动全聚合物太阳能电池在柔性可穿戴电子、室内光能利用、集成光伏能源系统等领域的产业化应用具有重要的指导价值。
文献信息
Additive-Free, Efficient, and Stable All-Polymer Solar Cells Enabled by Congeneric Molecule Construction for Integrated Solar-Storage Applications
Henan Li, Suxiang Ma, Sergio Gámez-Valenzuela, Zhiyu Yang, Junyi Lu, Jong Bin Park, Yonggui Sun, Mingqing Chen, Shuwei Qiu, Qingqing Bai, Qian Liu, Minghui Cao, Shuangshuang Xie, Zhi Xing, Hailin Yu, Ivan S. Zhidkov, Ernst Z. Kurmaev, Guangye Zhang, Hanlin Hu, Junwu Chen, Qiang Yang, Han Young Woo, Longbin Li, Pei Cheng, Huiliang Sun, Yiwang Chen
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.6171732
