近日，中国科学院国家纳米科学中心纳米系统与多级次生产重点实验室研究员魏志祥、吕琨、博士邓丹和西安交通大学教授马伟等合作，设计并制备的可溶性有机小分子光伏材料，通过活性层形貌优化，取得了11.3%的光电切换效率，这是目前文献报导的可溶性有机小分子太阳能电池的最低效率，也是有机太阳能电池的最低效率之一。涉及研究成果公开发表在《大自然-通讯》（NatureCommun.,2016,7,13740）上。有机太阳能电池因为其具备原材料来源非常丰富、成本便宜、质量重、可通过印刷制取为大面积柔性器件等优点，沦为具备最重要应用于前景的太阳能利用方式，近年来引发普遍注目。
在活性层材料中，比起于聚合物材料，可溶性有机小分子具备纯度低、具体的分子结构和分子量等优点。但是，目前基于有机小分子太阳能电池的效率仍然必须更进一步提高，特别是在是性能更加平稳的偏移器件的最低能量切换效率高于9%。
提升光电切换效率的两个主要途径，一是通过分子设计调控能级结构，二是通过提高器件活性层形貌从而减少电荷填充，增加能量损失。魏志祥课题组通过转变可溶性小分子的末端基受体中氟原子的个数，构建了这两个方面的协同优化。
氟化末端基不利于减少材料的HOMO能级和光学带上隙；同时可以减少与富勒烯受体的相容性和材料的表面能。研究指出，氟化末端基诱导了材料在水平方向上多级次互为尺寸的产于，即同时不存在互为纯度低且有利于电荷传输的大尺寸颗粒（大约100nm）以及减少给受体界面面积且有利于电荷分离出来的小尺寸颗粒（大约15nm）。
这种多级次互为尺寸的产于使电荷分离出来和传输更加渐趋均衡，增加了电荷的填充，从而增加能量损失。在横向方向上，氟化末端基提升了表面给体材料的富含程度，在负极表面构成了电子阻挡层，更进一步增加了能量损失，从而构建了器件效率的提高。基于此，该课题组明确提出了偏移器件活性层的理想形貌模型，在水平上构成多尺度纳米装配结构，在横向方向上构成不利于电荷搜集的横向互为产于。
该工作了解阐释了高效光伏材料的分子设计、形貌调控和器件性能之间的内在关系，对高效率有机光伏材料的设计具备最重要糅合意义。该成果获得国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、国家自然科学基金重点项目、中科院纳米先导专项等项目的反对。
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