西安交通大学材料学院马伟教授

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马伟，男，1983年出生，西安交通大学材料学院教授，博导。2005年获得华南理工大学材料科学与工程专业本科学位；2007年在法国萨瓦大学获得硕士学位；之后进入法国巴黎第六大学进行博士课题的研究；2010年12月获得博士学位后，在法国巴黎高等师范学院和美国北卡州立大学从事博士后研究。2015入选西安交通大学首批“青年拔尖人才支持计划”教授。主持国家自然科学基金青年项目一项，合作主持基金委重点项目一项 。


姓      名：        马伟
职      称：        教授
所在院系：        强度研究室
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马伟教授从事能源材料（有机太阳能电池等）形貌表征和同步辐射X射线散射技术开发。研究结果发表在Nature Energy, Nature Photonics, Nature Communication, Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Adv. Energy. Mater.,等专业期刊杂志近50篇。其中第一／(共同)通讯作者发表影响因子大于10文章22篇。共12篇被选为ESI 高引用论文(1％)，3篇被选为ESI“Hot paper”热点文章 (0.1%)。 5篇文章内容被选为杂志封面。SCI引用1500余次。

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三元有机太阳能电池(organic solar cells, OSCs)通过加入第三元客体，能够弥补有机材料吸收范围较窄的缺陷，具有光明的开发前景。得益于非富勒烯(non-fullerene acceptors, NFAs)小分子材料的深度开发，将NFAs作为客体引入有机太阳电池中可以明显拓宽太阳光吸收范围，提高电池能量转换效率。然而，以NFAs为客体的三元太阳能电池中，其活性层倾向于形成复杂的纳米尺度相分离结构，这限制了有机太阳电池工作机理的深入探究和器件效率的进一步提升。

针对上述问题，金属材料强度国家重点实验室马伟教授团队基于有机材料的热力学相互作用，电荷分离及电子传输特性，总结报道了非富勒烯受体作为客体在优化三元太阳能电池活性层形貌中的四种有效模型。（1）高效电荷转移模型：以相容性好的客体NFAs和主体电子给体材料实现高效的电荷转移；（2）高效电荷传输模型：以相容性差但结晶性好的客体NFAs和主体电子给体材料实现高效的电荷传输；（3）高效量子产率模型：以类似相容性的客体NFAs和主体材料实现高效的量子效率；（4）电荷转移／传输平衡模型：以相容性好的两种NFAs实现更加平衡的电荷形成和传输进而改善电荷的收集。根据材料在热力学和电子结构上的不同特点和匹配性，采用相对应的策略优化活性层形貌，都可以获得器件性能的提升。这项工作为今后三元有机太阳能电池的形貌及性能研究提供了重要的理论指导。

上述研究成果以题目为“Miscibility Driven Optimization of Nanostructures in Ternary Organic Solar Cells using Non-Fullerene Acceptors”发表在Cell Press旗下舰旗能源类期刊Joule上。西安交通大学为该论文的第一作者和唯一通讯作者单位。材料学院马伟教授为通讯作者，其所指导的博士留学生Hafiz Bilal Naveed为第一作者。

这份工作得到科技部重点研发计划，国家自然科学基金和西安交大基本科研业务费的支持。

文章链接：http://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(18)30056-4

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西安交通大学金属材料强度国家重点实验室马伟课题组在空气中采用顺序刮涂法成功制备了双层本体异质结太阳能电池，为合理调控给受体结晶动力学平衡，进一步提高有机太阳能电池的光电效率提供了新的思路。我们通过原位成膜过程（原位膜厚表征，原位吸收光谱表征，原位广角X射线散射表征）的测试发现，在顺序刮涂双层本体异质结体系（Seq-blade）中，通过先预沉积一层很薄的PBDB-T:IT-M，可为后续沉积的PBDB-T:FOIC（主体系）提供大量的聚合物晶核，因此，PBDB-T更容易并且快速结晶，相反，受体FOIC结晶被抑制（二元PBDB-T:FOIC中PBDB-T的聚集速率0.0428，FOIC的聚集速率0.171；Seq-blade体系中PBDB-T的聚集速率0.0574，FOIC的聚集速率0.101），使得结晶动力学更加平衡，形成了更加合适的相分离，降低了电荷传输过程中的能量损失。此外，上层的受体FOIC会部分渗透到下层，有利于形成更好的垂直组成分布。同时，下层的IT-M也可与主体系PBDB-T:FOIC形成光谱互补，扩大光谱吸收范围，可以有效地提高短路电流。由于给受体结晶性的平衡，Seq-blade体系获得了最高11.91%的光电转化效率（PBDB-T:FOIC体系为10.45%）。这项工作为调控给受体结晶动力学，进一步提高太阳能电池的光电转化效率提供了一种新的思路。相关论文在线发表在Adv. Energy Mater. (DOI: 10.1002/aenm.202000826)上。相关工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委员会、西安交通大学基本科研业务费的支持。