一项发表于《自然材料》的突破性研究为高效有机太阳能电池材料的开发开辟了新路径。由国际研究小组开展的这项研究，首次系统绘制了基于聚合物半导体与“小分子受体”(SMA)复合材料的二元相图，揭示了其混合行为对温度的复杂依赖性，为优化材料性能提供了关键理论依据。 获取全球工业新闻，查看维度通讯社

研究团队发现，传统认知中“升温促进混合”的规律在聚合物：SMA复合材料中并不普遍适用。实验数据显示，约50%的共混物在升温时发生成分分离，降温时反而重新混合，呈现出罕见的“可重入”相变现象。这一发现颠覆了传统商用聚合物的相行为模型，表明有机半导体的分子复杂性导致其相行为远比传统材料丰富。

“聚合物与SMA的共混物虽具备高效率和稳定性的潜力，但唯有精准调控混合行为才能释放其价值。”研究共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学Harald Ade教授指出，“我们通过绘制50余种复合材料的相图，首次揭示了自由体积膨胀和玻璃化转变温度对混合行为的双重影响。”其中，玻璃化转变温度(材料从黏流态向非晶态固体的转变临界点)与相图形状存在显著关联，这一参数此前未被纳入有机半导体模型。

研究共同通讯作者、马克斯普朗克聚合物研究所贾斯珀·米歇尔斯研究员强调：“经典聚合物模型需通过引入自由体积、分子相互作用等新参数，才能解释有机半导体的复杂相行为。”例如，材料在加热冷却过程中的膨胀收缩特性(自由体积)，直接影响了其混合-分离的临界温度。

该成果为绿色制造领域注入新动能。通过相图指导材料设计，可显著缩短新型有机太阳能电池的研发周期，推动清洁能源技术向更高效率、更低成本方向演进。Ade教授表示：“理解分子尺度相互作用对效率和稳定性的影响，将助力我们突破现有技术瓶颈，开发出适用于大规模应用的超稳定光伏材料。"

目前，研究团队正基于相图规律开发新一代有机半导体材料，目标实现太阳能电池效率与寿命的双重提升，为全球碳中和目标提供创新解决方案。

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