我國可溶性有機小分子太陽能電池研究獲進展

我國可溶性有機小分子太陽能電池研究獲進展

中國科學院國家納米科學中心和西安交通大學的研究人員合作，設計并合成了可溶性有機小分子光伏材料，通過活性層形貌優化，獲得了11.3%的光電轉換效率，達到了可溶性有機小分子太陽能電池的最高效率。

研究人員通過改變可溶性小分子端基受體中氟原子的個數，實現了能級調控和減少能量損失的協同優化：氟化端基有利于降低材料的HOMO（最高已占有分子軌道）能級和光學帶隙，也可降低與富勒烯受體的相容性和材料的表面能。氟化端基可誘導材料在水平方向上呈多級次相尺寸分布，即同時存在相純度高且利于電荷傳輸的大尺寸顆粒（約100nm）及增加給受體界面面積且利于電荷分離的小尺寸顆粒（約15nm）。這種多級次相尺寸分布使電荷分離和傳輸更趨于平衡，減少了電荷的復合，從而減少了能量損失。在垂直方向上，氟化端基提高了表面給體材料的富集程度，在正極表面形成了電子阻擋層，進一步減少了能量損失，實現了器件效率的提升。基于此，研究人員提出了反向器件活性層的理想形貌模型，即在水平上形成多尺度納米組裝結構，在垂直方向上形成有利于電荷收集的垂直相分布。

該項研究工作深入闡述了高效光伏材料的分子設計、形貌調控和器件性能之間的內在關系，對高效率有機光伏材料的設計具有重要的借鑒意義。 (科 苑)