寧波材料所關于剛性和柔性有機太陽能電池的研究獲進展

　　有機太陽能電池作為新興的可再生清潔能源，具有質輕、柔性、可大面積印刷等優勢。目前，得益于新材料的出現，有機太陽能電池的光電轉換效率已突破19%。然而，若要突破20%的光電轉換效率瓶頸，并實現有序的分子排列、合適的結晶區尺寸以及減少非輻射損失，面臨著較大的挑戰性。

　　近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員葛子義帶領的有機光電材料與器件團隊，在前期研究的基礎上，在高效率有機太陽能電池研究方面取得進展。該團隊設計并合成了高度有序的喹喔啉基小分子受體SMA，并將SMA引入到PM6:BTP-eC9體系中，選用自組裝單分子層2PACZ作為空穴傳輸層，獲得了剛性20.22%和柔性18.42%的光電轉換效率。20.22%和18.42%是目前國際上公開報道的剛性和柔性有機太陽能電池的最高效率。

　　該工作設計合成了高度有序排列的新型喹喔啉基小分子受體SMA。SMA具有較高的最低未占據（LUMO）分子軌道能級。研究發現，將SMA作為客體加入到PM6: BTP-eC9體系中，對給、受體的液態-固態轉變產生影響，在保證合適相區尺度的同時能夠加快受體材料的結晶和有序排列。有序性的增強和較高的LUMO能級受體SMA的加入，減少了烏爾巴赫能和非輻射復合損失。同時，SMA的加入優化了垂直形貌，減小了雙分子復合。得益于提升的開路電壓、短路電流及填充因子，基于PM6:BTP-eC9:SMA的三元器件獲得了剛性20.22%的光電轉換效率。研究顯示，基于該體系的柔性器件獲得了18.42%的光電轉換效率，彎曲2000次后能夠保持初始效率的96%，具有較好的機械穩定性。

　　相關研究成果以20.2% Efficiency Organic Photovoltaics Employing a π-Extension Quinoxaline-Based Acceptor with Ordered Arrangement為題，發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國家自然科學基金、中國博士后科學基金、浙江省自然科學基金等的支持。