随着新一代光伏技术的飞速发展，有机太阳能电池（OSCs）由于其本征的轻质、柔性及溶液可加工性，展现出巨大的商业潜力。然而，复杂的异质界面引起的能量损耗和界面重组依然是制约器件性能的核心阻碍。在空穴传输层（HTL）的设计中，自组装单分层（SAMs）凭借其无损、超薄及易调节界面能级的特性备受瞩目（如Br-2PACz分子）。尽管如此，SAM分子中孤立体系间的π-π相互作用往往导致不均匀分布与自发团聚，进而诱发缺陷。
针对这一科学问题，河南科技学院张万庆等人提出了一种非共价键介导的分子工程策略，引入小分子添加剂（DTDA）对Br-2PACz自组装体系进行精准调控。研究表明，利用引入添加剂所衍生的S…N等强非共价相互作用，不仅能有效抑制自发性胶束团聚，更诱导形成具有高有序度和优异取向的致密界面膜。该构型极大提升了异质界面的空穴提取动力学，并在形貌学调控上取得突破性进展。
为深入剖析非共价相互作用对单分子层表面自组装行为以及上层光活性层（PM6:BTP-eC9）结晶动力学的三维调控规律，本研究使用SAXSFocus3.0（安徽国科仪器科技有限公司，GKINST Co.,Itd），对薄膜界面的微观分子排布及多级微结构进行了高精度的定性与定量分析。
图：SAXSFocus 3.0
安徽国科仪器SAXSFocus3.0高性能X射线散射系统，提供原子到纳米尺度的微观结构、表面形貌以及界面信息。配备高通量X射线光源和精密准直光学组件，兼容多种样品架以及原位台，智能判断实验需求，轻松实现不同模式切换，批量测试，提高测试效率。
为了探明单分子薄膜沉积在铟锡氧化物（ITO）表面后的堆砌机制，课题组进行了GIWAXS（Grazing Incidence Wide Angle Scattering，掠入射广角X射线散射）表征分析：
图1 常规SAMs薄膜和处理后的SAMs薄膜不同的GIWAXS图像
未经处理的常规SAM薄膜在其一维积分曲线上呈现出较为分散的Debye-Scherrer衍射环，存在高位错与相对松散的排布倾向。相较之下，DTDA改性后的单分子层（m-SAMs）表现出向高值域明显偏移的锐利散射峰。该值的右移表明层间间距发生显著压缩。这直接证实了非共价相互作用成功将松散堆积纠偏为高度致密且空间有序的致密多列结构。
另外，界面的几何平整度与表面张力变化会外延辐射至活性界面的形貌演化。通过GIWAXS，表征了PM6:BTP-eC9混合液相薄膜在成膜过程及固态退火后的形貌。
图2 常规SAMs薄膜和处理后SAMs薄膜的GIWAXS图像及其面内外积分
从二维GIWAXS图谱可以观察到，面外方向（Out-of-Plane, OOP）表现出鲜明的 (010) π-π堆叠衍射峰。这表明在两种下底层支撑下的有机混相层均呈现优势的“Face-on（面朝上）”分子堆砌模式。通过OOP与IP（面内方向）的精细Line Cut轮廓提取进行结构变量的求解分析，结果显示：常规对比膜系面外方向上的 峰位于17.74nm∧-1 ，而m-SAM诱导的衍射中心位移到了q = 17.86∧-1 。利用经典的Scherrer方程计算可得，其（010）面族的结晶相干长度自基线的 2.73 nm 幅度跃升至 3.13 nm。
本工作突破了现有的被动薄膜设计壁垒，创造性地运用小分子介入机制将有机共价力引入电极夹层（SAMs），添加剂显著降低界面结晶相间的德拜衍射体积冗余量，大幅延展上覆半导层薄膜结晶相干范围，并缩短关键偶极矩阵空间距离。
受惠于高度优化后的结晶驱动学和体异质相垂直形态，修饰后的体系所对应的OSC单结薄膜在实现80.01%的突出填充因子下获得了20.08%的电能转换效率；当将其功能移植于宽带隙的无机/有机杂化反型钙钛矿基准两端叠层太阳能（TSCs）期间，器件实现26.42%总效率，从而验证了空间位阻调制学下深亚纳米重排晶粒构象的优越性。
参考文献：
Zhang W, Jia M, Sun X, et al. Noncovalent Interaction‐Engineered Ordered Self‐Assembled Molecules Enable Efficient and Stable Organic Photovoltaics[J]. Advanced Energy Materials, 2026: e71095.
