10.86%！高效率聚合物-非富勒烯有机太阳能电池研发成功！

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近年来，随着能源和环境问题日趋严重，绿色环保的太阳能电池技术得到了广泛重视。其中，有机太阳能电池（Organic solar cells, OSCs）具有材料来源广泛、柔性、制备便捷等诸多优点，在超薄电子器件、可穿戴仪器等领域具有很强的应用潜力，已成为当前新能源领域的研究热点。在过去很长的一段时间里，富勒烯衍生物作为受体材料在有机太阳能电池中一直占据主导地位。但是，富勒烯类受体材料受制于诸如材料的制备成本高、材料的纯化难、活性层形貌稳定性差等诸多问题，器件性能很难进一步提高。近年来，非富勒烯受体材料的研发取得了重大进展，有效地克服了富勒烯类受体材料的缺点，此类器件的效率已经媲美甚至超过了富勒烯器件。但是，目前非富勒烯类材料普遍存在载流子迁移率低、蓝绿光波段吸收弱、能量带隙窄、薄膜形貌难以调控等关键性问题，是限制其器件性能进一步提升的瓶颈性因素。

最近，电子科技大学光电科学与工程学院、电子薄膜与集成国家重点实验室的于军胜教授团队与原耶鲁大学的André D.Taylor教授（现任职纽约大学）团队合作，在国际权威期刊Materials Today上发表题为“A Highly Efficient Polymer Non-Fullerene Organic Solar Cell Enhanced by Introducing a Small Molecule as a Crystallizing-Agent”的研究论文（Research Paper）。文章第一作者是电子科技大学的郑毅帆博士，电子科技大学为第一完成单位。

有机太阳能电池器件结构、材料分子结构及能级示意图

该研究论文中，首次提出了在光活性层薄膜中掺杂“结晶助剂”（Crystallizing-agent），精确地调控了薄膜形貌与结晶度，成功地实现了能量转换效率为10.86%的非富勒烯有机薄膜太阳能电池。作者首次引入方酸小分子ASSQ作为“结晶助剂”，通过增强薄膜内部面外方向的分子链排序以提升了薄膜的自组装与结晶性，大幅度地提高了有机半导体光电薄膜材料的载流子迁移率。

光活性层内部组分分布的示意图

同时，针对在有机太阳能电池领域极具发展潜力的非富勒烯材料本身存在的物理、化学缺陷的瓶颈性难题，创新性地采用溶剂添加剂对方酸小分子提供精确的调控与定位，促使其与非富勒烯材料之间形成紧密、高效的共混结晶，实现了具有高电荷迁移率和高填充因子特性的三元掺杂非富勒烯太阳能光伏器件，短路电流密度为17.3 mA cm-2，开路电压为0.89 V，填充因子为0.68，能量转换效率达到了10.51%（最高能量转换效率达10.86%）。

该工作为实现有机半导体光电薄膜形貌的精确调控、宽光谱响应、高效率的聚合物太阳能电池开辟了一个新途径，为新型结晶助剂的设计和优化提供了新思路，对有机光伏领域的发展将起到积极的引领作用。

该论文作者为：Yifan Zheng, Jiang Huang, Gang Wang, Jaemin Kong, Di Huang, Megan Mohadjer Beromi, Nilay Hazari, Andre Taylor*, Junsheng Yu*

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

A Highly Efficient Polymer Non-Fullerene Organic Solar Cell Enhanced by Introducing a Small Molecule as a Crystallizing-Agent

Mater. Today, 2018, 21, 79-87, DOI: 10.1016/j.mattod.2017.10.003

（文章来源：X-MOL ）

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