南方科技大学徐保民教授Nano Energy研究：基于酯基喹啉非富勒烯受体三元共混物提高有机太阳能电池效率

基于酯基喹喔啉非富勒烯受体的三元共混物提高有机太阳能电池效率

要点一：三元混合策略的提出与应用

要点二：光吸收性能与能量损失的优化

光吸收性能是影响有机太阳能电池效率的一个重要因素。在本文中，三元混合体系的吸收光谱比二元体系更宽，特别是在400到900 nm的范围内，QEIP-4Cl的引入增强了该体系对光的吸收能力，从而提高了光电流的产生。

能量损失（Eloss）是衡量太阳能电池性能的关键指标之一，通常与开路电压（Voc）和短路电流（Jsc）的损失直接相关。研究表明，三元体系通过优化能级排列，降低了能量损失，减少了非辐射复合的发生，从而提升了器件的效率。与二元体系相比，三元体系显著减少了能量损失，尤其在开路电压和短路电流上取得了显著提升。

要点三：光电转换效率的提升与优化

通过引入QEIP-4Cl作为第三成分，研究者成功地提高了有机太阳能电池的光电转换效率。三元体系的最佳光电转换效率（PCE）达到了19.27%，显著高于PM6:L8-BO二元体系的17.35%以及PM6:QEIP-4Cl体系的16.32%。这一提升主要得益于三元体系中光吸收范围的拓展、能量损失的减少以及有效的载流子迁移。

在三元体系中，开路电压（Voc）为0.894 V，短路电流（Jsc）为27.24 mA/cm²，填充因子（FF）为79.07%，这表明三元混合材料在多个方面的性能均得到了优化。与二元体系相比，三元体系的光电流和开路电压均有显著提升，填充因子也得到了改善，进一步提高了器件的整体效率。

要点四：前瞻

除了效率的提升，器件的长期稳定性也是有机太阳能电池商业化应用中的一项重要考量。研究表明，三元体系的器件在光照和高温环境下表现出了较好的稳定性，保持了较低的电压损失和较高的光电转换效率。通过降低非辐射复合和优化能级对接，三元体系在提升效率的同时，也提高了器件的稳定性和耐用性。

总的来说，本文提出的基于酯化喹噸烯的非富勒烯受体（QEIP-4Cl）三元混合体系为有机太阳能电池的效率提升提供了新的途径。通过优化光吸收、能级对接、电荷迁移和界面接触等方面的性能，成功实现了19.3%的光电转换效率，为未来有机太阳能电池的研发和应用提供了有力支持。

Enhancing organic solar cell efficiency with ester-based quinoxaline non-fullerene acceptors in ternary blends

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110801

徐保民教授简介：Guojia“qianren计划”特聘专家，深圳市海外Gaocengci“Kongque计划”A类人才，深圳柔性太阳能电池研发工程研究中心主任，南方科技大学材料科学与工程系教授、科研副主任。长期从事太阳能电池的研发工作，已发表科研论文220余篇，获得授权MG发明专利32项，其中21项专利为第一或唯一发明人，授权中国发明专利12项，数项技术实现了产业化。2014 年8月全职加入南方科技大学，任材料系教授，并担任新型太阳能电池材料和器件方面的学科带头人。徐保民教授专注于钙钛矿太阳能电池材料和器件结构及制备技术的研究，包括钙钛矿晶体合成、宽带隙钙钛矿器件性能优化、高效率钙钛矿/有机集成太阳能电池、高通量喷墨打印钙钛矿太阳能电池、新型钙钛矿太阳能电池薄膜制备技术和新型钙钛矿太阳能电池相关的界面传输材料设计等工作，相关成果发表在Science, Nature photonics, Nat. Commun.，Joule, J. Am. Chem. Soc, Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., ACS Energy Lett., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Nano Energy, ACS Nano等国际顶级期刊上。

王行柱教授简介：王行柱教授于2009年获得香港浸会大学博士学位，随后在剑桥大学进行博士后研究，于2011年至2017年先后加入南洋理工大学和新加坡国立大学，担任研究员和高级研究员，目前在南方科技大学担任教授，并入选为深圳市孔雀计划人才和国家Gaocengci人才。王行柱教授主要研究方向为有机合成、有机半导体和光电子器件，迄今已在Science, Nat. Mater., J. Am. Chem. Joc., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., ACS Energy Letters., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, Nano Energy, Chem. Sci., 等国际权威杂志上发表SCI论文100余篇，授权专利15项。王行柱教授作为项目主持人获批国家重点研发计划项目1项、国家自然科学基金项目3项、湖南省自然科学基金3项，深圳市科创委基础研究重点和面上项目等4项；科研成果曾获得国家自然科学二等奖，教育部优秀成果自然科学一等奖和深圳市自然科学二等奖等奖项。

闫磊教授简介：闫磊教授于 2005 年获得湘潭大学理学学士学位，2017 年获得湘潭大学博士学位。她目前是湘潭大学物理与光电子学院的副教授。她的研究重点是新型光电功能材料（包括有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、高效晶体硅太阳能电池、晶体管、热电器件等）的结构性能关系和器件物理研究。

应磊教授简介：华南理工大学教授，于2009年在华南理工大学（SCUT）获得博士学位，师从杨伟教授。博士后期间，他在加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校与Guillermo C. Bazan教授合作研究。2013年回到华南理工大学，2017年晋升为全职教授。当前研究兴趣包括开发用于光电子器件的新型有机半导体材料。

1. 太阳能电池材料和器件的研究：包括新型钙钛矿太阳能电池的性能改进、稳定性以及低成本卷到卷制备技术；太阳能全光谱发电技术，太阳能光谱的精确分光和聚光，光伏发电和光热发电的协同和集成；高效率晶硅太阳能电池的低成本制备技术。

2. 化学能源材料和器件的新型制备技术：主要是研究可充电电池和超级电容器的连续全印刷制备，以使这些可充电能源器件能够直接嵌入微芯片和可穿戴电子产品等，克服可充电能源器件与应用系统集成的瓶颈。

3. 能源材料的基础研究与器件模拟：利用现代分析手段和原子层沉积等先进材料制备手段，研究各种“载能子”（电子，空穴，正负离子，光子等）在原子和纳米层级上的产生，分离，传输和复合的机理研究。

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