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  近年來，非富勒烯受體材料的發(fā)展使得有機太陽能電池的研究取得了新的突破性進展，光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過18%。目前，有機太陽能電池已經(jīng)能夠輕易實現(xiàn)高開路電壓（V_oc）和短路電流（J_sc）。相比較而言，填充因子（FF）則成為限制其光電轉(zhuǎn)換性能的關(guān)鍵因素，只有極少數(shù)有機太陽能電池的FF能夠超過80%。有機太陽能電池較低的填充因子源于活性層內(nèi)部較低的電荷提取能力與較高的電荷復(fù)合。因此尋找促進電荷提取和抑制電荷復(fù)合的有效手段是進一步提升其光電轉(zhuǎn)換性能的關(guān)鍵。

  近期，四川大學(xué)彭強教授團隊在非富勒烯聚合物有機太陽能電池研究方面取得新進展，通過非富勒烯受體小分子設(shè)計、三元器件工藝以及引入揮發(fā)性固體添加劑對器件的活性層進行精準調(diào)控，促進了器件的電荷提取、抑制了電荷復(fù)合，使得單節(jié)有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率獲得19.05%的新紀錄。相關(guān)成果以標(biāo)題為“Realizing 19.05% Efficiency Polymer Solar Cells by Progressively Improving Charge Extraction and Suppressing Charge Recombination”發(fā)表在《Advanced Materials》（Adv. Mater.2022, DOI: 10.1002/adma.202109516）上。四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院研究生崇凱恩為論文第一作者。此研究得到國家自然科學(xué)基金等資助。

圖1（a）該工作所涉及到的給受體材料以及添加劑的分子結(jié)構(gòu)；（b）基于PTQ10給體以及不同比例受體BTP-FTh:IDIC器件的電流密度–電壓特性曲線；（c）在PTQ10:BTP-FTh:IDIC中加入不同含量添加劑DTT時器件的電流密度–電壓特性曲線；（d）文獻報道的基于PTQ10給體的聚合物太陽能電池PCE-FF散點圖

  該工作是彭強教授團隊近期關(guān)于高性能有機太陽能電池給受體材料合成、界面工程以及太陽能電池器件工藝研究的最新進展之一。在過去的兩年里，該團隊設(shè)計合成了一系列的高性能給受體材料并成功運用于有機太陽能電池當(dāng)中（Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1907570; ACS Energy Lett. 2020, 5, 2434; Chem. Mater. 2021, 33, 7396; ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 25214；ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 17760；Chem. Eng. J. 2021, 426, 131910；Nanoscale,2020, 12, 12928; J. Power Sources 2021, 499 229961等）。同時，他們發(fā)展了一系列的活性層形貌調(diào)控工藝，包括溶劑老化（延時處理）工藝（Energy Environ. Sci., 2020, 13,4381）、交叉異質(zhì)結(jié)形貌制備工藝（Adv. Funct. Mater. 2021, 2108797）、以及廣泛運用的三元共混以及分子摻雜工藝（Chem. Mater. 2021, 33, 7396；ACS Energy Lett. 2020, 5, 2434；Energy Environ. Sci., 2020, 13, 4381）等。在界面工程上，開發(fā)了基于水溶液制備以及低溫處理的高性能無機空穴傳輸層（Ang. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 22554.）等。這些研究成果極大地推動了有機聚合物太陽能電池的發(fā)展。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202109516