有機(jī)太陽能電池作為新興的可再生清潔能源，具有質(zhì)輕、柔性、可大面積印刷等優(yōu)勢(shì)。目前，得益于新材料的出現(xiàn)，有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已突破19%。然而，若要突破20%的光電轉(zhuǎn)換效率瓶頸，并實(shí)現(xiàn)有序的分子排列、合適的結(jié)晶區(qū)尺寸以及減少非輻射損失，面臨著較大的挑戰(zhàn)性。

近期，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員葛子義帶領(lǐng)的有機(jī)光電材料與器件團(tuán)隊(duì)，在前期研究的基礎(chǔ)上，在高效率有機(jī)太陽能電池研究方面取得進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了高度有序的喹喔啉基小分子受體SMA，并將SMA引入到PM6:BTP-eC9體系中，選用自組裝單分子層2PACZ作為空穴傳輸層，獲得了剛性20.22%和柔性18.42%的光電轉(zhuǎn)換效率。20.22%和18.42%是目前國(guó)際上公開報(bào)道的剛性和柔性有機(jī)太陽能電池的最高效率。

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該工作設(shè)計(jì)合成了高度有序排列的新型喹喔啉基小分子受體SMA。SMA具有較高的最低未占據(jù)（LUMO）分子軌道能級(jí)。研究發(fā)現(xiàn)，將SMA作為客體加入到PM6: BTP-eC9體系中，對(duì)給、受體的液態(tài)-固態(tài)轉(zhuǎn)變產(chǎn)生影響，在保證合適相區(qū)尺度的同時(shí)能夠加快受體材料的結(jié)晶和有序排列。有序性的增強(qiáng)和較高的LUMO能級(jí)受體SMA的加入，減少了烏爾巴赫能和非輻射復(fù)合損失。同時(shí)，SMA的加入優(yōu)化了垂直形貌，減小了雙分子復(fù)合。得益于提升的開路電壓、短路電流及填充因子，基于PM6:BTP-eC9:SMA的三元器件獲得了剛性20.22%的光電轉(zhuǎn)換效率。研究顯示，基于該體系的柔性器件獲得了18.42%的光電轉(zhuǎn)換效率，彎曲2000次后能夠保持初始效率的96%，具有較好的機(jī)械穩(wěn)定性。

相關(guān)研究成果以20.2% Efficiency Organic Photovoltaics Employing a π-Extension Quinoxaline-Based Acceptor with Ordered Arrangement為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金等的支持。