近日，我院闵杰研究员课题组在有机太阳能电池高性能三元体系构建取得新进展，最新研究成果发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》上，论文题为“Single-Junction Organic Solar Cells with 19.17% Efficiency Enabled by Introducing One Asymmetric Guest Acceptor”，我院博士研究生孙瑞为第一作者，闵杰研究员为论文独立通讯作者。

        有机太阳能电池（OSCs）作为下一代光伏技术，在过去些年中引起了广泛关注。得益于光伏材料的快速发展以及对器件工程的深入了解等，单结OSCs可以获得18%以上的光电转换效率（PCE）。许多研究表明三元共混策略有助于克服二元共混物的电子结构和形貌限制。但是寻找第三组分的客体材料非常关键，通常应具有以下4个选择标准：（1）客体成分与二元主体具有互补吸收，以提高活性层的光吸收能力和光电流产生。（2）引入的客体组分应与二元主体系中的材料具有良好的相容性，以形成合适的BHJ微结构，实现有效的光电转换。（3）客体组分可以精细地修改二元体系的能量带隙，从而降低能量损失，或者实现能量级联排列，以实现有效的激子离解和电荷转移。（4）客体组分的加入可以固化或增强BHJ微观结构，从而提高三元器件的稳定性。通常，同时满足上述四个选择标准是非常困难的。

        鉴于此，闵杰课题组通过在基于PM1:L8-BO主体混合物中引入一种新型不对称客体受体BTP-2F2Cl，制备出高效的三元OSCs（图1）。值得注意的是，BTP-2F2Cl的带隙比L8-BO窄，因而可以拓宽PM1:L8-BO混合物的吸收光谱。此外，与L8-BO相比，L8-BO:BTP-2F2Cl共混膜具有更合适的HOMO偏移、更高的光致发光量子产率（PLQY）和增加的激子扩散长度（LD），这有利于抑制三元共混物中的非辐射电荷复合。该课题组还系统地研究了共混物的相分离形貌，并对光活性层进行了物理动力学测量。最终，三元OSCs器件PCE明显高于二元体系，达到了创纪录的19.17%（中国计量科学院第三方认证效率18.7%）。除此之外，三元体系还表现出更好的运行稳定性，在250小时的光照条件下，效率仍能保持初始值的83%。

图1.调查材料的分子结构和其二元与三元共混体系的光伏性能

        该项工作得到了国家自然基金委和校内自主科研项目资金等的资助，并获得浙江大学朱海明教授、山东大学郝晓涛教授、武汉理工大学刘超教授等合作者在性能测试表征方面的支持和帮助。

        原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202110147