第一作者：唐骅，廖志辉
通讯作者：唐骅，Frédéric Laquai，和亚昆
通讯单位：阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)
论文DOI：https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.06.022
近日，阿卜杜拉国王科技大学太阳能中心Frederic Laquai团队揭示了最具工业可行性的最佳有机材料组合，为未来有机光伏技术的产业化提供了新思路。具体而言，作者计算并分析了7种不同体系有机光伏材料组合的工业指标(i-FoM)，包括小分子给体(SMD):富勒烯受体(FA)、 小分子给体(SMD):非富勒烯受体(NFA)、寡聚物给体(OD):非富勒烯受体(NFA)、高分子给体(PD):非富勒烯受体(NFA)、三聚物给体(TPD):非富勒烯受体(NFA)、高分子给体(PD):高分子受体(PA)和单组分材料(SCM)。鉴于有机光伏技术正处于接近工业化的关键阶段，作者从工业化视角对有机光伏材料组合进行的专业分析，为加速有机光伏技术的工业化进程提供了重要指导。
近几十年来，富勒烯受体 (FA)、非富勒烯受体 (NFA)、小分子供体 (SMD)、低聚物供体 (OD)、聚合物供体 (PD)、三聚物供体 (TPD)、聚合物受体 (PA) 以及单组份材料 (SCM) 的进步将有机光伏 (OPV) 推到了第三代光伏技术的前沿。在当前阶段，有机光伏技术的工业化是需要优先考虑的事项。在有机光伏技术中给体和受体材料的组合决定了太阳能电池的形貌及其“黄金三角”，即成本、光电转换效率和稳定性。尽管近年来有机光伏技术取得了多项重大突破，但确定其适合工业化的最佳材料组合仍然极具挑战。
图1. 不同材料组合在有机太阳能电池中的形貌及其相应的器件效率发展
图2. 本工作所分析材料的化学式及其合成复杂性指数
图3. 本工作所分析的有机光伏材料组合的光稳定性、i-FoM和潜在改进的比较
作者针对7种体系有机太阳能电池器件的工业指标(i-FoM)进行了分析，以识别具有最大工业可行性的材料组合。尽管每种材料组合各有其显著的优势和挑战，但寡聚物：非富勒烯（OD:NFA）体系在i-FoM值上最高，显示出其在工业应用中的巨大潜力。在所有关键因素中，寡聚物合成复杂性指数低于聚合物（PD）和三聚物给体（TPD），非富勒烯受体合成复杂性指数低于聚合物受体（PA），但高于富勒烯（FA）。所以，OD:NFA体系合成难度低于PD:NFA、TPD:NFA和PD:PA等高性能体系，但略高于SMD:FA和SCM等低性能体系。值得一提的是，OD具有明确且类似聚合物的化学结构，赋予OD:NFA体系卓越的批次可重复性、易于纯化以及更稳定的形貌，这些对于工业化生产至关重要。此外，OD:NFA体系已经实现了16%的PCE，并且在过去3年中PCE显著提高，有望达到实际应用的效率要求，成为市场上最具竞争力的有机光伏产品之一。
唐骅博士：沙特阿卜杜拉国王科技大学博士后研究员，德国洪堡学者，欧洲玛丽居里基金卓越奖章获得者。2021年毕业于中国科学院大学，获得工学博士学位。长期从事基于有机太阳能电池的高通量制备配方研发、器件物理机制及衰减机制的研究，拥有超过3年的战略咨询和产业化经验，至今已发表学术论文40篇，其中以（共同）第一作者或通讯作者身份在国际顶级权威期刊如Joule, Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Mater. Today, Adv. Energy Mater.,等发表论文10余篇。
Frédéric Laquai教授：沙特阿卜杜拉国王科技大学应用物理学教授兼KAUST太阳能中心临时主任，先后在德国美因茨马克斯·普朗克高分子研究所和英国剑桥大学卡文迪许实验室开展研究工作，曾获德国总理颁发的杰出科学成就奖，美因茨科学院和文学学院颁发的Walter Kalkhof-Rose科学奖等。长期从事基于第三代光伏电池的器件物理/光物理机制研究，至今已发表学术论文300余篇，包括国际顶级权威期刊如Science, Nature, Nat. Mater., Nat. Energy, Energy Environ. Sci., Adv. Mater.等。
和亚昆博士：沙特阿卜杜拉国王科技大学博士后研究员，2023年KAUST Global Fellowship Postdoc，全球共4位。2021年博士毕业于德国埃尔朗根-纽伦堡大学，师从Christoph Brabec教授，长期从事基于有机太阳能电池的超快光谱光物理机理、器件物理、器件稳定性测试及机理的研究，已在国际顶级期刊如Joule, Nat. Commun., Adv. Mater., Adv. Energy Mater.等发表论文30余篇。
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