Advanced Energy Materials:构筑基于非富勒烯受体的高性能叠层有机太阳能电池

最近二十年,世界人口的极速上升以及技术大爆炸使得传统化石能源如煤、石油、天然气等面临枯竭。然而更为严重的是,化石能源的大量燃烧对我们的环境造成了不可逆转的毁灭性的损害。因此,本世纪以来,具备价格低廉、质量轻、柔性以及易大面积生产等优点的有机太阳能电池成为了研究热点。近年来,在研究者们的不断努力下,有机太阳能电池技术得到了飞速的发展,但为了满足未来工业化生产的要求,有机太阳能电池的能量转换效率和器件稳定性还需要进一步的提高。

最近,基于非富勒烯受体材料的叠层有机太阳能电池展现出了非凡的潜力。它不但具备了非富勒烯受体吸收范围易调控、能级位置易调控、分子平面性易调控等优点,还同时具备了叠层结构能扩宽吸收范围、减少热损失等优点。短短三年时间,基于非富勒烯受体的叠层有机太阳能电池不断取得新突破,其能量转换效率从2016年的8%提高到了目前的17%。

在这篇论文中,美国加州大学洛杉矶分校杨阳教授课题组与北京大学占肖卫教授课题组合作从材料合成和器件设计角度分别讨论了如何获得高的开路电压、短路电流和填充因子。同时,他们还讨论了器件的稳定性和可重复性。最后,他们预测基于非富勒烯受体材料的叠层有机太阳能电池将成为未来的研究重点和热点,并分享了一些可能的未来研究方向以期望得到能量转换效率高达20~25%的有机太阳能电池。相关论文在线发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.202000746)上。