山東大學(xué)殷航教授、郝曉濤教授、張茂杰教授、北航孫艷明教授最新NC: 關(guān)鍵長(zhǎng)度篩選使厚膜有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率達(dá)到19%_報(bào)資訊

2025-11-11 12:04:19 來(lái)源： KE科日光伏網(wǎng)

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有機(jī)太陽(yáng)能電池要實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，發(fā)展具有高耐受性的厚膜活性層至關(guān)重要，但后膜性能往往受限于活性層增厚導(dǎo)致的電荷傳輸能力下降和復(fù)合損失加劇。因此，理解和優(yōu)化厚膜器件中的電荷傳輸行為是實(shí)現(xiàn)高性能的關(guān)鍵。鑒于此，山東大學(xué)殷航教授、郝曉濤教授、張茂杰教授和北航孫艷明教授等人近期在期刊《Nature Communications》發(fā)文，題為“Critical length screening enables 19% efficiency in thick-film organic solar cells”。研究提出了一種實(shí)驗(yàn)方案，將“臨界長(zhǎng)度”(一種有別于零場(chǎng)遷移率的本征屬性)確定為決定厚膜有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的關(guān)鍵因素。對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，具有高臨界長(zhǎng)度的受體可形成更大的疇區(qū)，這不僅能提高跳躍頻率、改善電荷遷移率，還能降低遷移率的場(chǎng)依賴(lài)性，這些因素共同提升了器件性能。基于該篩選標(biāo)準(zhǔn)，確定了BTP-eC9為一種通用型受體，并在D18:L8-BO:BTP-eC9體系的厚膜有機(jī)太陽(yáng)能電池中實(shí)現(xiàn)了19.0%的光電轉(zhuǎn)換效率。本研究不僅展示了高性能厚膜有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備方法，更從根本上推動(dòng)了專(zhuān)為厚膜兼容型有機(jī)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的材料篩選方法學(xué)的發(fā)展。

創(chuàng)新點(diǎn)：

1.提出“臨界長(zhǎng)度”作為厚膜有機(jī)太陽(yáng)能電池受體的篩選指標(biāo)，綜合考量零場(chǎng)遷移率、跳躍頻率與場(chǎng)依賴(lài)性，突破傳統(tǒng)單一遷移率篩選的局限性。

2.在300納米厚膜條件下，D18:L8-BO:BTP-eC9三元體系實(shí)現(xiàn)19.0%的光電轉(zhuǎn)換效率，為當(dāng)前厚膜OSCs最高效率之一。

3.BTP-eC9的引入優(yōu)化了活性層形貌，增大受體疇尺寸，促進(jìn)載流子長(zhǎng)程傳輸，并有效抑制缺陷態(tài)與載流子復(fù)合。

未來(lái)展望：

1.驗(yàn)證普適性：將臨界長(zhǎng)度篩選策略應(yīng)用于更廣泛的給體/受體材料體系(如聚合物給體、新型A-D-A型受體等)，檢驗(yàn)其普適性。

2.分子設(shè)計(jì)指導(dǎo)：利用臨界長(zhǎng)度與分子結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，指導(dǎo)合成具有更大共軛骨架、更強(qiáng)分子間作用力的新型受體材料。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64808-x

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能電池

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