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北京师范大学/青岛大学薄志山、刘亚辉教授课题组联合四川大学赵德威教授课题组报道了一种通过三元策略显著提升钙钛矿/有机叠层太阳能电池（P/OTSCs）性能的研究。该研究针对有机底电池近红外吸收不足及与钙钛矿顶电池兼容性差等关键问题，创新性地采用近红外吸收材料mBZS-4F和结晶性材料L8-BO作为混合受体，与D18给体共同构建有机底电池吸收层。该设计成功将吸收边红移至970 nm，同时保持0.54 eV的低电压损失。通过优化L8-BO与mBZS-4F比例为2:1，研发出效率达20.42%、填充因子高达81.25%的高性能有机太阳能电池。该三元体系展现出与1.80、1.86和1.88 eV等多种带隙钙钛矿顶电池的优异兼容性，成功制备出系列效率超过25.5%的叠层器件。最终与1.88 eV宽带隙钙钛矿集成的叠层电池获得了26.08%的最高效率。本研究证实该三元策略既可提升单结有机太阳能电池性能，又能适配不同宽带隙钙钛矿子电池，为高效钙钛矿/有机叠层太阳能电池的发展提供了新路径。该工作“Robust Organic Photovoltaic Ternary Strategy pairing Tunable Wide-bandgap Perovskites for Efficient Perovskite/Organic Tandems”近期发表在Advanced Materials上。
Figure 1. Chemical structures of D18, L8-BO and mBZS-4F (a); J-V curves (b) and EQE curves (c) of D18:L8-BO binary, D18:mBZS-4F binary and D18:L8-BO:mBZS-4F ternary OSCs; JSC and VOC versus light intensity curves (d), UV-vis spectra of neat films (e), Jph versus Veff curves of devices (f); Energy levels of D18, L8-BO, and mBZS-4F (g); EQEEL curves (h), charge mobility (i) and schematic diagram of energy loss structure (j) of corresponding OSCs.
Figure 2. 2D GIWAXS patterns (a) and 1D GIWAXS profiles (b) of different blend films, The corresponding CCL values and π-π distance of (010) diffraction peak (c), AFM height and phase images of different blend films (d).
Table 1. Summary on photovoltaic parameters of OSCs under simulated AM 1.5G (100 mW/cm2) illumination.
Figure 3. Schematic diagram of TSC structure and cross-sectional SEM image of tandem device (a); J-V curves of OSC, PSC and TSC (b); MPP tracking of TSC (c); J-V and EQE curves of TSCs with different top and bottom cells connected in series (d-i).
Table 3. Summary on photovoltaic parameters of single-junction and tandem solar cells under simulated AM 1.5 G (100 mW/cm2) illumination.
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文 章 创 新 点
1. “吸收-电压”权衡难题的突破：该三元体系通过两种受体的优势互补，成功实现了宽带吸收与低电压损失的兼得：mBZS-4F（窄带隙）负责将光谱响应扩展至近红外（~970 nm），提升了电流生成。
L8-BO（相对宽带隙）通过优化能级抑制非辐射复合损失，并其结晶性调控了共混形貌，从而保证了较高的开路电压。
2.可编程的带隙匹配管理：通过精确调控两种受体的比例，实现了有机活性层带隙在1.42 eV至1.47 eV范围内的连续、精确调控。这为匹配不同带隙的顶电池提供了极大的灵活性。
3.卓越的普适兼容性与高性能：上述带隙可调性使得该有机底电池能与多种宽带隙钙钛矿顶电池（1.80, 1.86, 1.88 eV）高效兼容，实现了普适性的效率超过25.5%，并最终获得了26.08%的冠军效率，展示了其高超的适应性和性能潜力。
4.为未来产业化提供了简易途径：这项工作所展示的通过精确调控受体混合物来实现高性能的策略，为未来大规模工业生产中制备具有稳健组分的高效钙钛矿/有机叠层太阳能电池提供了一条相对简便、可扩展的路径。
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论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202508611
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