想象一下，像塑料薄膜一样柔软可弯曲的太阳能电池，能印刷在衣服、窗户甚至手机上，这听起来是不是像未来的黑科技？其实，这就是有机太阳能电池描绘的美好蓝图。然而，长期以来，有机光伏材料的高性能与低成本就像“鱼与熊掌”，难以兼得。

最近，课题组在《国家科学评论》（National Science Review）发表了一项突破性成果，利用蛋白质折叠过程启发的“构象熵减”原理成功开发了兼具高效率和低成本的新型有机光伏受体材料。

一、低成本材料的结构“无序”之痛

图1. 非稠环电子受体中普遍存在的顺/反构象共存

非稠环电子受体是一类结构简单、合成简便且成本低廉的新型有机光伏材料，其共轭骨架由可旋转的化学键（σ键）连接，就像用许多“铰链”串起的积木，导致分子存在多种可能的构象（图1）。这种高度的“构象无序”使分子在固态薄膜中堆积杂乱，严重阻碍了光生电荷的传输，导致光电转换效率较低。因此，如何让这些低成本的“无序分子”变得“纪律严明”、排列整齐，是提升其性能的关键。

二、灵感来自生命：用“熵减”实现分子“有序”

图2. 蛋白质折叠启发的构象熵调控

课题组将目光投向了“熵”这一基本的热力学概念，其代表了系统的混乱程度。在自然界中，蛋白质从一条无序的多肽长链折叠成有序的功能结构时，“构象熵”会大幅降低（图2）。受此启发，研究团队提出了调控非稠环电子受体构象熵的全新设计理念。通过在分子内部引入分子内非共价相互作用，能够像蛋白质折叠中的各种作用力一样限制共轭骨架中关键化学键的旋转自由度，将分子“锁定”在最稳定、最有序的优势构象上，从而大幅降低其构象熵。

三、计算机辅助设计低熵受体

图3. 计算机辅助设计低构象熵受体

课题组通过系统的理论计算，像“材料预言家”一样筛选出最优的分子3TT-SeS（图3）。实验证实，凭借Se···N和S···O两对平衡且较强的非共价相互作用，使构象熵从参比分子3TT-SSe的9.849 J mol-1 K-1骤降至0.162 J mol-1 K-1，实现了从双重构象到单一平面构象的转变，并且分子排列更加紧密有序。这种高度有序的堆积结构为载流子传输铺设了“高速公路”。

四、光伏性能与发电成本的双重突破

图4. 低构象熵受体的光伏效率与发电成本

基于“低构象熵”受体3TT-SeS的有机光伏器件实现了19.26%的光电转换效率（认证为18.75%），刷新了非稠环电子受体体系的效率纪录（图4）。得益于其简单的分子结构，所计算的发电成本低至0.77美元/千瓦，较主流稠环电子受体器件降低了约80%！

五、开辟有机半导体材料设计新维度

这项研究的意义远不止于一项效率纪录，它首次将“构象熵”作为核心参数引入有机光伏材料的设计中，为解决长期存在的“效率-成本”悖论提供了全新的热力学视角和普适性策略。未来，这种受生物启发的“低构象熵”设计理念有望拓展到其他有机半导体材料中，加速柔性电子、可穿戴设备等领域的革命性发展。

论文信息：Conformational entropy tuning in nonfused-ring electron acceptors for low-cost and record-efficiency organic solar cells. National Science Review, 2026. https://doi.org/10.1093/nsr/nwag177. 课题组古晓斌博士和上海交通大学曾瑞博士为论文共同第一作者，课题组黄辉教授、张昕教授和上海交通大学刘烽教授为论文共同通讯作者。