山東大學殷航教授、郝曉濤教授、張茂杰教授、北航孫艷明教授最新NC: 關鍵長度篩選使厚膜有機太陽能電池的效率達到19%_報資訊

2025-11-11 12:04:19 來源： KE科日光伏網

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有機太陽能電池要實現其大規模商業化應用，發展具有高耐受性的厚膜活性層至關重要，但后膜性能往往受限于活性層增厚導致的電荷傳輸能力下降和復合損失加劇。因此，理解和優化厚膜器件中的電荷傳輸行為是實現高性能的關鍵。鑒于此，山東大學殷航教授、郝曉濤教授、張茂杰教授和北航孫艷明教授等人近期在期刊《Nature Communications》發文，題為“Critical length screening enables 19% efficiency in thick-film organic solar cells”。研究提出了一種實驗方案，將“臨界長度”(一種有別于零場遷移率的本征屬性)確定為決定厚膜有機太陽能電池性能的關鍵因素。對比研究發現，具有高臨界長度的受體可形成更大的疇區，這不僅能提高跳躍頻率、改善電荷遷移率，還能降低遷移率的場依賴性，這些因素共同提升了器件性能。基于該篩選標準，確定了BTP-eC9為一種通用型受體，并在D18:L8-BO:BTP-eC9體系的厚膜有機太陽能電池中實現了19.0%的光電轉換效率。本研究不僅展示了高性能厚膜有機太陽能電池的制備方法，更從根本上推動了專為厚膜兼容型有機半導體設計的材料篩選方法學的發展。

創新點：

1.提出“臨界長度”作為厚膜有機太陽能電池受體的篩選指標，綜合考量零場遷移率、跳躍頻率與場依賴性，突破傳統單一遷移率篩選的局限性。

2.在300納米厚膜條件下，D18:L8-BO:BTP-eC9三元體系實現19.0%的光電轉換效率，為當前厚膜OSCs最高效率之一。

3.BTP-eC9的引入優化了活性層形貌，增大受體疇尺寸，促進載流子長程傳輸，并有效抑制缺陷態與載流子復合。

未來展望：

1.驗證普適性：將臨界長度篩選策略應用于更廣泛的給體/受體材料體系(如聚合物給體、新型A-D-A型受體等)，檢驗其普適性。

2.分子設計指導：利用臨界長度與分子結構、聚集態結構的關聯，指導合成具有更大共軛骨架、更強分子間作用力的新型受體材料。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64808-x

關鍵詞：太陽能電池

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