高效率有機太陽能電池研究取得進展

相對於傳統的無機太陽能電池，新一代的有機太陽能電池（OPV）具有獨特的優勢和應用前景，提高其光電轉化效率是該領域的主要研究內容之一。近年來，得益於新型光伏材料的應用和器件製備技術的優化，OPV的效率得到了快速的發展，已經突破了15%。目前，限制OPV效率進一步提高的主要因素是其在光電轉化過程中存在較大的非輻射能量損耗。

在中國科學院和國家自然科學基金委的支持下，中科院化學研究所高分子物理與化學實驗室侯劍輝課題組的研究人員，長期致力於通過有機光伏材料的分子設計提升電池器件的效率，開展了系列的研究。在前期的工作中(J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 7148;Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 3045;Adv. Mater.2017, 29. 1703080;Adv. Mater.2018, 30, e1800613)，研究人員系統地研究了鹵修飾方法在分子設計優化中的應用，製備了一系列優異的有機光伏材料，在電池器件中取得了效率的不斷提升。

最近，研究人員製備了氯修飾的電子受體材料BTP-4Cl，在電池中取得了十分突出的光伏效率：0.09 cm2的小面積電池效率高達16.5%，1 cm2的電池效率依然保持在15.3%，這些結果均是當前領域內報道的最好結果。研究結果表明，相對於氟代材料（BTP-4F）的電池，基於BTP-4Cl電池性能的提升主要源於其具有較低的非輻射能量損耗。該工作證明了光伏材料分子的設計是一種降低非輻射能量損耗的有效途徑，對OPV效率的進一步提升具有重要意義。該工作中，研究人員與國家納米科學中心研究員魏志祥課題組以及瑞典林雪平大學教授高峰團隊在形貌和機理方面開展了密切的合作，相關工作發表在近期的《自然-通訊》上（Nat. Commun.2019, 10, 2515）。

來源：中國科學院化學研究所

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