香港理工&台州学院&中科院重庆院 Nature Communications：单结19.9%光电转换效率有机太阳能电池- 大数跨境

首页

香港理工&台州学院&中科院重庆院 Nature Communications：单结19.9%光电转换效率有机太阳能电池

科学材料站

2024-03-08

导读：香港理工&台州学院&中科院重庆院 Nature Communications：单结19.9%光电转换效率有机太阳能电池

文章信息

理性分子和器件设计实现接近20%光电转换效率有机太阳能电池

第一作者：付杰浩，杨乾广

通讯作者：陆仕荣*，肖泽云*，李刚*

单位：香港理工大学，台州学院，中国科学院重庆绿色智能技术研究院

研究背景

近年来，得益于新型吸光材料的开发，具有轻、薄、柔特性的有机太阳能电池取得了飞速发展。为了突破有机太阳能电池的效率瓶颈，需要进一步降低电池的能量损失，同时保证高效的吸光和电荷传输特性。在高效率二元体系中引入第三组分是常用的提升有机太阳能电池性能的方法。因为第三组分的引入需要满足多个关键要求，比如不破坏二元活性层的相分离形貌，能降低电池的能量损失，能提高活性层的光子利用率等，所以如何设计合适的第三组分是研究人员需要面对和解决的难题。

文章简介

近日，香港理工大学李刚教授与台州学院陆仕荣研究员及中国科学院重庆绿色智能技术研究院肖泽云研究员团队 合作，在Nature Communications上发表题为“Rational molecular and device design enables organic solar cells approaching 20% efficiency”的研究文章。该工作系统性地研究了第三组分的设计规则。作者们从受体分子的端基卤代位置出发，结合理论计算，设计合成了一个新的非富勒烯受体o-BTP-eC9。得益于电荷转移态的提升，o-BTP-eC9显著提升光伏器件光电压，降低了有机太阳能电池的能量损失。此外，新的受体与宿主受体BTP-eC9具有优异的混溶性、结晶和能级兼容性，使得基于PM6:BTP-eC9:o-BTP-eC9的三元体系的效率达到了19.9% (认证效率为19.5%)，刷新了单节有机太阳能电池的效率记录。

本文要点

要点一：通过理论计算筛选最有潜力的端基片段

图1. 氯代位置对端基特性的影响。

要点二：引入新的第三组分使得单结有机太阳能电池效率接近20%

图2. 分子结构和器件性能

要点三：新受体提高了电池的电荷转移态，降低了电池的能量损失

图3. 有机太阳能电池的能量损失分析。

文章链接

Rational molecular and device design enables organic solar cells approaching 20% efficiency

https://www.nature.com/articles/s41467-024-46022-3

通讯作者简介

陆仕荣研究员简介：博士毕业于日本东北大学化学专业，目前担任台州学院材料科学与工程学院院长，兼任国家科技部重点研发计划评委，国家教育部材料工程学科评审评委，中国能源学会副主任委员及国际期刊Decarbon的编委等。国家海外引才计划青年专家，国务院政府津贴获得者，中科院年度创新人物提名者，重庆市杰出青年基金获得者，重庆市创新领军人才，重庆市学术技术带头人。以通讯作者/第一作者发表Joule, Sci. Adv., Nat. Commun. (2篇), Energy Environ. Sci. (3篇), J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed. (3篇), Mater. Today等SCI论文130余篇，他引6000余次。主持国家人才项目、国家面上项目等科研项目20余项，总经费约2000万元。曾获重庆市自然科学二等奖(2次)、辽宁省自然科学二等奖、重庆市产学研创新成果奖一等奖、重庆市十佳青年科技奖等荣誉。研究方向：1）有机太阳能电池，包括有机太阳能电池材料合成、器件制备、工作原理及稳定性研究等，旨在提升电池的光电转化效率及工作寿命等综合性能。2）有机功能材料，包括有机功能材料的设计合成、性能调控、宏量制备及推广应用。

肖泽云研究员简介：肖泽云，博士，中国科学院重庆绿色智能技术研究院研究员。先后在浙江大学，中国科学院上海有机化学研究所，瑞典隆德大学，澳大利亚墨尔本大学学习和开展研究工作，2017年12月加入中国科学院重庆绿色智能技术研究院。长期从事有机/高分子/超分子功能材料及光电器件的研究，发表论文100篇，包括Joule，Nature Commun.，Sci. Adv.，Energy Environ. Sci., Adv. Mater.等，主持中国科学院人才项目，重庆市人才项目，国家自然科学基金，重庆市基金，重庆留学人员回国创新创业，澳大利亚墨尔本大学Early Career Researcher Grant等项目。

李刚教授简介：香港理工大学电机与电子工程学系讲席教授，鍾士元爵士可再生能源冠名教授。研究聚焦于可印刷太阳能电池（有机聚合物太阳能电池，钙钛矿太阳能电池）及相关领域。本科毕业于武汉大学空间物理学系，爱荷华州立大学凝聚态物理博士及电机工程硕士。2016年来港前为加州大学洛杉矶分校UCLA研究教授。发表科技期刊论文250余篇，被引七万九千余次，H-因子92（谷歌学术）。他是美国光学学会会士（Optica Fellow）英国皇家化学会会士（RSC Fellow），国际光电工程学会会士（SPIE Fellow），香港研究资助局高级研究学者 (RGC SRFS)， SPIE OHPV 会议主席。自2014年至今为汤森路透/科睿唯安全球高被引科学家（材料科学，化学，物理, 交叉领域）。

第一作者简介

付杰浩，博士毕业于香港理工大学电机与电子工程学系，现为该系博士后研究员。研究方向是聚合物有机太阳能电池的器件物理与工程。

杨乾广, 博士毕业于中国科学院大学材料物理与化学专业。目前就职于台州学院高等研究院。主要研究方向为有机太阳能电池小分子给/受体材料的设计合成。