近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院朱衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)在有機(jī)太陽(yáng)能電池研究領(lǐng)域又取得了一項(xiàng)重要研究成果，研發(fā)的新型供體-受體(D-A)交替型齊聚物材料顯示了協(xié)同降低能量損失和優(yōu)化活性層形貌的優(yōu)異特性。通過(guò)綠色溶劑加工，利用該材料實(shí)現(xiàn)了三元有機(jī)太陽(yáng)能電池(OSCs)的高效能量轉(zhuǎn)換，器件的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)高達(dá)17.54%，該效率是目前非鹵溶劑加工有機(jī)太陽(yáng)能電池的最高性能之一。

設(shè)計(jì)較低最高占領(lǐng)分子軌道(HOMO)能級(jí)的給體材料或較高最低未占領(lǐng)分子軌道(LUMO)能級(jí)的受體材料是當(dāng)今提高OSCs開(kāi)路電壓和能量轉(zhuǎn)換效率的常用方法。近期我校朱衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港理工大學(xué)李剛教授團(tuán)隊(duì)運(yùn)用逆向思維，設(shè)計(jì)合成了較高HOMO能級(jí)的新型(D-A)2D和(A-D)2A型齊聚物給體材料，應(yīng)用在三元OSCs中，研究了分子構(gòu)架對(duì)器件光伏性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)所開(kāi)發(fā)的新型較高HOMO能級(jí)的齊聚物，作為第三組分在三元OSCs中，不僅降低了電池的非輻射能量損耗，而且促進(jìn)了光活性層激子解離，同時(shí)抑制了受體材料的過(guò)度自聚集，改善了活性層形貌。最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)器件開(kāi)路電壓(VOC)、短路電流(JSC)、填充因子(FF)光伏三參數(shù)的共同提升。該研究為深入理解第三組分能級(jí)對(duì)三元OSCs的性能影響提供了新見(jiàn)解。

朱衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的齊聚物給體材料的分子結(jié)構(gòu)及其三元OSCs的性能如圖所示，研究創(chuàng)新發(fā)展了一類(lèi)D-A交替型齊聚物給體材料，揭示了較高HOMO能級(jí)齊聚物對(duì)三元OSCs光伏性能的影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了器件光伏性能三參數(shù)的全面協(xié)同提升；采用綠色非鹵溶劑溶液加工，實(shí)現(xiàn)了齊聚物三元OSCs的高效能量轉(zhuǎn)換，創(chuàng)造了齊聚物三元OSCs新的效率記錄(PCE = 17.54%)；通過(guò)齊聚物構(gòu)建策略，開(kāi)發(fā)了第三組分比例高耐受性技術(shù)，即使齊聚物的添加比例高達(dá)50%時(shí)，器件的PCE仍能達(dá)到16.15%。

該成果發(fā)表在材料與化學(xué)學(xué)科國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Advanced Materials》(影響因子為30.849)上，論文題目為“Novel Oligomer Enables Green Solvent Processed 17.5% Ternary Organic Solar Cells: Synergistic Energy Loss Reduction and Morphology Fine-tuning”(DOI: 10.1002/adma.202107659)。常州大學(xué)為該論文第一通訊單位，我校博士研究生夏浩和香港理工大學(xué)博士研究生張穎為共同第一作者，我校朱衛(wèi)國(guó)教授和香港理工大學(xué)李剛教授為合作通訊作者。

夏浩（右二）與朱衛(wèi)國(guó)教授（左七）課題組合影

該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、江蘇省優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)資金、常州大學(xué)科研啟動(dòng)基金的大力支持。（通訊員/蔡震宇 任濤 審核/呂琳華 張屹 編輯/孫悅）

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202107659。