能量转换效率超过14%的厚膜有机太阳能电池

中国科学化学

中国科学院化学研究所侯剑辉研究员团队基于自主研发的中宽带隙聚合物给体PBDB-T-2Cl，实现了能量转换效率超过14%，活性层厚度为300nm的单节三元有机太阳能电池。

近年来，得益于新型材料设计，器件结构优化以及界面工程等诸多手段，有机太阳能电池的能量转换效率得到了飞速提升，然而，有机光伏器件在实际生产和应用中依然面临着较大的挑战。其中，构筑高效率厚膜器件是实现工业应用中适合大面积加工的活性层体系的重要途径之一。当前大多数有机光伏器件采用的是本体异质结型电池结构，最佳能量转换效率条件下的光活性层厚度为约100 nm左右，并且随着活性层厚度的增加其光伏性能会大幅度下降，主要表现为电流的有限增加和厚膜器件中因载流子复合加剧而导致的填充因子（FF）下降。因此，提高活性层材料的迁移率和通过形貌调控减小载流子复合是实现具有高效率的厚膜有机太阳能电池的有效途径。

最近，中国科学院化学研究所侯剑辉研究员团队利用自主开发的具有氯取代苯并二噻吩（BDT）的中宽带隙聚合物给体PBDB-T-2Cl与非富勒烯受体材料BTP-4F(Y6)匹配，在吸收互补和能级匹配的基础上，通过引入具有较高电子迁移率的富勒烯受体PC₆₁BM作为第三组分制备了三元厚膜器件，在300 nm的活性层厚度下首次实现了超过14%的能量转换效率，显示了利用PC₆₁BM构筑高效厚膜三元有机太阳能电池的巨大应用潜力，促进了厚膜太阳能电池的发展。

图1 能量转换效率超过14%的厚膜有机太阳能电池

该研究结果近期在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry。论文第一作者为中国科学院化学研究所博士研究生马丽姣，通讯作者为张少青副教授。

Citation：Ma L, Xu Y, Zu Y, Liao Q, Xu B, An C, Zhang S, Hou J. A ternary organic solar cell with 300 nm thick active layer shows over 14% efficiency. Sci. China Chem., 2019, 62, DOI: 10.1007/s11426-019-9556-7.

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SCIENCE CHINA Chemistry 有机光伏合辑（2018-2019）

通讯作者简介

马丽姣，博士，中国科学院化学研究所博士，主要从事有机太阳电池器件制备及性能研究相关工作。

张少青，北京科技大学副教授，主要从事新型聚合物及小分子光伏材料的设计合成等相关研究工作.在Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.等SCI期刊上发表SCI论文100余篇，多篇论文入选ESI高被引论文，2018年入选科睿瑞安“高被引科学家名录”。

侯剑辉，中国科学院化学研究所研究员、博士生导师，北京科技大学兼职教授，2010年中科院化学所"引进国外杰出青年人才计划"，2012年入选中科院"百人计划"择优支持，2013年获国家杰出青年科学基金支持，2014年入选“万人计划”青年拔尖人才，获得2015年“中科院青年科学家奖”，2016年入选科技部“中青年科技领军人才”，2017年“万人计划”科技创新领军人才，第六届中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖等。侯剑辉研究员主要从事聚合物太阳能电池相关研究，内容包括光伏材料设计和器件制备两部分。发展了几种重要的有机光伏材料分子设计方法、制备了多种高性能聚合物光伏材料、采用自主研发的材料多次获得世界领先的光伏效率。发表SCI论文290余篇，他引37000余次，2014–2018年连续入选科睿瑞安“高被引科学家名录”授权发明专利13项等。