林雪平大学高峰、Huotian Zhang，波茨坦大学Dieter Neher，中南大学Jun Yuan等人研究表明，现阶段有机太阳能电池（OSCs）的光电转换效率（PCE）虽已突破20%，但器件始终存在开路电压（Voc）与填充因子（FF）的固有制衡矛盾，二者难以同步提升，极大限制了有机光伏器件性能向无机光伏体系靠拢。该团队通过系统性器件测试与机理分析，阐明填充因子的理论上限受电场调控的自由电荷生成过程制约，且该限制效应会随器件电压损耗的降低进一步加剧，最终形成难以突破的Voc–FF此消彼长关系。
为定量揭示该制衡机制的物理本源，该研究建立了电场依赖型电荷生成解析模型。研究证实，激子与电荷转移态之间的电场敏感型电荷转移过程是诱发Voc–FF权衡的核心原因，而斯塔克效应引发的电场依赖性电荷转移态能级波动，则是电荷转移过程具备电场响应特性的根本诱因。通过将填充因子、电压损耗与基础物理参数进行定量关联，该工作构建了完整的物理分析框架，明确电场调控的电荷转移（CT）过程与激子（Ex）衰减行为之间的动态竞争关系，是限制器件填充因子提升的关键所在。
理论与实验结果共同证明，延长激子寿命是缓解填充因子受限、突破器件效率瓶颈的核心有效策略。基于此，该团队采用主客体掺杂改性方案，同步调控激子衰减动力学与器件电压损耗，成功实现了填充因子与整体光电性能的协同提升。该研究建立的定量填充因子理论模型，不仅完善了OSCs的电荷动力学机理体系，还可为高性能有机光伏材料设计与器件工程优化提供普适性指导，为破解有机太阳能电池长期存在的效率制约难题提供了全新的理论支撑与技术思路。
文献信息
Overcomingthefill-factorlimitoforganicsolarcells
HuotianZhang,JunYuan,TongWang,YijieNai,NurlanTokmoldin,WeiLiu,ShanchaoOuyang,RokasJasiūnas,YitingLiu,YuxuanLi,MohammadSaeedShadabroo,ManasiPranav,NakulJain,XiaoleiZhang,VeaceslavCoropceanu,ArtemA.Bakulin,Sai-WingTsang,VidmantasGulbinas,SafaShoaee,YingpingZou,DieterNeher,ThomasKirchartz&FengGao
https://www.nature.com/articles/s41566-026-01946-8
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