中科院福建物构所郑庆东研究员课题组在三元有机太阳能电池研究获得进展，实现了16.53%的光电转换效率

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有机太阳能电池具有质量轻、柔性、半透明以及可大面积制备等优点，成为新一代光伏技术的重要发展方向。有机太阳能电池中的体异质结型活性层通常由一个电子给体材料和一个电子受体材料共混制备而成。由于有机光伏材料的吸收光谱较窄，采用双组分制备的二元器件难以实现对太阳光谱的全波段吸收，因而限制了有机光伏器件效率的进一步提升。在二元体系中引入吸收光谱互补的第三组分制备三元器件是提高有机太阳能电池短路电流的有效策略。近年来，通过对第三组分材料的合理筛选以及共混比例的优化，三元有机太阳能电池的器件效率已经突破15%。然而，目前已报道的第三组分材料普遍存在着分子结构复杂、合成困难、成本高等不足之处。因此寻找低成本第三组分材料对三元太阳能电池的发展具有重要意义。

最近，在中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金和福建省自然科学基金的资助下，中科院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室郑庆东研究员课题组和西安交通大学马伟教授课题组合作，将一种廉价易得的苯并噻二唑衍生物（BTF）作为第三组分用于构筑三元光伏器件，实现了高达16.53%的光电转换效率(图1)。具有良好结晶性的小分子BTF的引入不但能够提升器件对短波段太阳光的捕获能力，还能够有效调控活性层的形貌（图 2），最终使得器件的开路电压，短路电流和填充因子同时得到提高。该工作对设计低成本、高效三元有机太阳能电池具有重要的指导意义。

图1、三元电池活性层材料的化学结构式和三元电池在最优条件下的J-V曲线

图2、不同BTF含量的活性层膜的GIWAXS图

相关结果近期在线发表在《Materials Horizons》：A minimal benzo[c][1,2,5]thiadiazole-based electron acceptor as a third component material for ternary polymer solar cells with efficiencies exceeding 16.0%. DIO: 10.1039/C9MH00993K，文章第一作者为马云龙助理研究员。

此前，该团队在非富勒烯受体材料与器件方面取得了系列进展。设计并合成了一类含有梯形稠环二噻吩并环戊二烯并萘分子的非富勒烯受体材料，相应器件的转化效率可达9.51%，能量损失低至0.50 eV（Chem. Mater. 2017, 29, 7942-7952；Chem. Mater. 2017, 29, 9775-9785）；发展了一类以二噻吩并环戊二烯并咔唑分子为核的非富勒烯受体材料，并通过侧链工程和氟化策略将基于该材料的器件效率提升至11.18%（Chem. Mater. 2019, 31, 5953-5963）；发展了一类基于C2v对称的含梯形稠环非富勒烯受体材料，通过器件制备工艺的优化，获得了11.25%的转化效率（J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 9609-9617）。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/mh/c9mh00993k#!divAbstract

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