在一项新研究中，国际研究小组基于聚合物半导体和“小分子受体”(SMA)的复合材料创建了有机太阳能电池的相图，相关研究发表于《自然材料》。

相图显示，这些复合材料的混合行为对温度存在意想不到的依赖性，这意味着研究人员预测材料性能时需考虑其他参数，此项工作有望加速开发高效太阳能电池的改进材料。

北卡罗来纳州立大学Goodnight Innovation杰出物理学教授、该研究共同通讯作者Harald Ade称，聚合物：SMA共混物可提供较高的太阳能电池效率和稳定性，但前提是要精确调整其混合行为。他还指出，这些“太阳能复合材料”的混合行为比传统商用聚合物复杂得多，此前人们对它们的相行为理解不够深入。

研究团队确定了50多种聚合物：SMA复合材料的二元相图，该图显示温度如何决定两种材料是混合还是分离。由于太阳能电池运行关键取决于混合行为，此类相图对预测器件稳定性和性能至关重要。

与多数材料不同，该团队研究的50%的共混物呈现“可重入”相图，即温度升高时成分分离，温度降低时成分混合。再入指随温度变化，材料经历两次或多次相变后才回到初始状态。

马克斯普朗克聚合物研究所研究员、该研究共同通讯作者贾斯珀·米歇尔斯表示，有机半导体的相行为比传统材料丰富，这与分子复杂性有关，聚合物共混物的经典模型需添加其他参数，以捕捉这种复杂性对其在复合材料中行为的影响。

研究人员重点研究了复合材料内的自由体积(使材料加热或冷却时膨胀或收缩)以及玻璃化转变温度(材料“冻结”成非晶态固体的温度)。米歇尔斯称，玻璃化转变温度和相图形状存在粗略关系，将玻璃态纳入模型可提供更完整图像，因其能定性再现实验观测结果。

该团队希望其发现能为未来太阳能电池新材料的设计和开发提供参考。Ade表示，传统认为混合主要由无序和相互作用决定，但有机半导体有额外特性，导致复杂相行为，希望此研究能帮助理解效率和稳定性如何依赖较小尺度上的分子相互作用。

更多信息：Zhengxing Peng 等，《有机半导体的重入相行为》，《自然材料》 (2025)