MC科研圈 | Science：17.3%！有机光伏电池效率再创新高，恭喜南开大学和国家纳米中心！

第一作者：孟令贤

通讯作者：陈永胜、万相见、丁黎明

通讯单位：南开大学、国家纳米科学中心

研究亮点：

发展了一种叠层有机太阳能电池，以17.29%的认证效率刷新有机OPV纪录！

自1958年第一个有机太阳能电池诞生以来，如何提高其光电转换效率是始终困扰科学家的关键难题。十年来，虽然有机太阳能电池的效率已经从5%提高的14%左右，但是，和其他各种光伏电池技术中，有机光伏电池的效率低下依然是一个短板。

从基础研究的角度来讲，一个根本的原因就在于有机材料的电荷迁移率低，导致活性层厚度的限制，光吸收效率不足。叠层有机太阳能电池是目前提高效率的最佳策略之一，其主要问题在于：

1）后电池缺乏具有合适禁带宽度的有机材料。

2） 由于吸收重叠或者子电池电流不匹配，造成叠层电池电流不足。

有鉴于此，南开大学陈永胜教授，万相见教授团队和国家纳米中心丁黎明教授团队合作，开发了 2-terminal monolithic solution processed tandem OPV，成功刷新了有机光伏电池效率的记录，达到了惊人的17.29%（经认证）。这一效率的实现得益于半经验的模型分析以及叠层设计策略，该方法有效调节了有机材料的能带结构。

另外，本文第一作者孟令贤，为南开大学陈永胜课题组2016级硕士研究生，从入学到现在不过两年时间，能做成如此成果，实属不易。

图文详解：

图1. 叠层有机光伏电池的性能

研究人员基于研究经验和理论模型的预测相结合，精挑细选了一种非富勒烯分子COi8DFIC作为后电池活性材料。这种分子的近红外光吸收起始波长为1100nm 左右，而且单结电池具有优异的FF 和EQE值。前电池活性层选取PBDB-T作为供体，F-M作为受体，以实现对后电池电流和光吸收的最佳匹配。

研究表明，所设计的叠层有机太阳能电池具有高达17%以上的光电转换效率，而且稳定性优异，在经过166天连续测试后，性能损失仅为4%。

图2. 预测叠层OPV效率（AM 1.5G）

图3. 后电池活性材料分子结构及其单结电池性能

   图4. 具有不同厚度的子电池及其2T串联电池性能

总之，这项研究为OPV的基础研究提供了新的借鉴，为大规模商业应用带来了新的动力和信心！

参考文献：

LingxianMeng, Xiangjian Wan, Liming Ding, Yongsheng Chen et al. Organic andsolution-processed tandem solar cells with 17.3% efficiency. Science 2018.

DOI:https://doi.org/10.1126/science.aat2612

http://science.sciencemag.org/content/early/2018/08/08/science.aat2612?rss=1

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