對于傳統(tǒng)的無機(jī)太陽能電池，新一代的有機(jī)太陽能電池（OPV）具有獨(dú)特的優(yōu)勢和應(yīng)用前景，提高其光電轉(zhuǎn)化效率是該領(lǐng)域的主要研究內(nèi)容之一。近年來，得益于新型光伏材料的應(yīng)用和器件制備技術(shù)的優(yōu)化，OPV的效率得到了快速的發(fā)展，已經(jīng)突破了15%。目前，限制OPV效率進(jìn)一步提高的主要因素是其在光電轉(zhuǎn)化過程中存在較大的非輻射能量損耗。
在中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委的支持下，化學(xué)所高分子物理與化學(xué)實驗室侯劍輝研究員課題組的研究人員，長期致力于通過有機(jī)光伏材料的分子設(shè)計提升電池器件的效率，開展了一系列的研究。在前期的工作中(J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 7148; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3045; Adv. Mater. 2017, 29. 1703080; Adv. Mater. 2018, 30, e1800613)，研究人員系統(tǒng)地研究了鹵修飾方法在分子設(shè)計優(yōu)化中的應(yīng)用，制備了一系列優(yōu)異的有機(jī)光伏材料，在電池器件中取得了效率的不斷提升。
最近，研究人員制備了氯修飾的電子受體材料BTP-4Cl，在電池中取得了十分突出的光伏效率：0.09 cm2的小面積電池效率高達(dá)16.5%，1 cm2的電池效率依然保持在15.3%，這些結(jié)果均是當(dāng)前領(lǐng)域內(nèi)報道的最好結(jié)果。研究結(jié)果表明，相對于氟代材料（BTP-4F）的電池，基于BTP-4Cl電池性能的提升主要源于其具有較低的非輻射能量損耗。該工作證明了光伏材料分子的設(shè)計是一種降低非輻射能量損耗的有效途徑，為OPV效率的進(jìn)一步提升具有重要的意義。
圖 基于不同鹵代受體材料電池器件的能量損耗
該工作中，研究人員與國家納米中心的魏志祥研究員課題組以及瑞典林雪平大學(xué)的高峰教授團(tuán)隊在形貌和機(jī)理方面開展了密切的合作，相關(guān)工作發(fā)表在近期的《自然通訊》上（Nat. Commun. 2019, 10, 2515）。
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