器件优化工艺溶剂添加剂(如DIO、CN、NMP等）作为当前主要的形貌优化手段，使大多数高效率材料如PTB7, PBDTTT-C-T的效率提高到7~9%。最近，我们通过理论计和红外光谱验证了高沸点添加剂DIO在高效聚合物太阳能电池制备过程中存在残留。DIO残留时会造成S形J-V曲线，导致器件的效率以及重复性不高。

  我们设计了三种方式以消除残留DIO，并调控添加剂挥发的过程，结果表明对活性层表面进行甲醇等惰性溶剂处理能显著提高器件的重复性和效率，该方法在6种代表性高效聚合物光伏材料中均取得良好的效果。我们与Bruker公司合作采用最新研制的PeakForce KPFM技术对其电势变化进行了研究。对溶剂的挥发过程进行调节, 实现对聚合物太阳能电池活性层形貌精细地调控，并取得了良好的效果(J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 14920-14928)。值得指出的是该方法也日益成为高效聚合物光伏器件制备中的标准流程 (Chem. Mater., 2014, 47, 1595–1603; Sci. Rep., 2014, 4, 6570; Macromolecules, 2014, 47, 4653–4659; Macromolecules, 2014, 47, 5558–5565; J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 25360–25366; J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 564-569; Sci. China Chem. 2015, 58, 248-256; Sci. China Mater. 2015, 58, 213-222; Macromolecules, 2015, 48, 5172-5178; Macromolecuels, 2015, 48, 3493-3499; J. Phys. Chem. C 2015, 119, 27322-27329; J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 12723-12729; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016,  8, 3575–3583; J. Mater. Chem. A 2016, 4, 1708-1713; Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1502177; Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1501991; Chem. Mater. 2016, DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b02222).

  形貌的优化成为进一步提高聚合物太阳能电池能量转换效率的关键问题，尽管二元混合溶剂（一般是主溶剂和添加剂组成）对给受体的结晶行为和相区大小的调节已取得良好的效果，而它对更精细的形貌参数，如相区纯度、相区界面的调节还无能为力。

  本课题组在国际上首次引入三元混合溶剂（Ternary Solvent）对聚合物太阳能电池的表面形貌、本体相区、分子排列等参数进行系统的优化，在基于PDPP3T:PC71BM (结构见下图) 的聚合物太阳能电池获得了高达6.71%的能量转换效率，这是发表时基于DPP类材料的聚合物太阳能电池的最高效率，相关研究结果发表在《先进材料》上（Adv. Mater. 2012, 24, 6335-6341 ；Adv. Mater. 2014, 26,4234-4241），并得到国际著名科技媒体Science Daily 和Phys Org的评述。原始论文（Adv. Mater. 2012, 24, 6335-6341）发表后被引用>150次，经Web of Science统计入选为ESI highly cited paper。

  值得指出的是，三元溶剂对非富勒烯有机太阳能电池等新型电池的形貌调节效果也十分显著（Chem. Commun. 2014, 50, 1024-1026 ; Small  2014,10, 4658-4663；Organic Electronics 2014, 17, 295-303；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 7294-7280；Sci. China Mater. 2015, 58, 953）。相关代表性综述论文：中国科学 化学 2016, 46, 195-207. Materials Today 2016, DOI:10.1016/j.mattod.2016.02.019. 

  聚合物光伏材料的分子结构与其光伏性能具有十分密切的关系。我们将二维共轭结构引入到苯并二噻吩(BDT)单元中，设计了噻吩取代BDT二维共轭结构单元，并将这一单元与各种共轭结构单元共聚，获得了一系列的具有二维共轭结构的共轭聚合物。这类二维共轭聚合物与烷氧基取代的对应聚合物相比，光伏能量转换效率（PCE）都得到了有效的提升。其中基于二维共轭聚合物PBDTTT-C-T的常规器件的效率达到7.6%（Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 9697）。

  最近我们将线性烷硫基引入到噻吩取代BDT上，设计合成了高迁移率的PBDT-TS1材料,  基于PBDT-TS1/PC71BM的单结正向器件效率高达~10%，是目前同类器件的文献报道最高值 (Chem. Mater. 2014, 26, 3603-3605)(该工作入选2014年中国百篇最具影响国际学术论文)。以PBDT-TS1为突出代表的两维共轭聚合物被国内外同行认为是目前最为优异的一类聚合物光伏材料。相关代表性综述论文：Acc. Chem. Res. 2014, 47, 1595-1603；Polym. Int. 2015, 64, 957-962.；Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1502529; Chem. Rev. 2016, 116,7397-7457 。