中国科学院化学研究所高分子物理与化学实验室侯剑辉课题组研究人员持续围绕叠层有机光伏电池关键材料和器件制备开展了大量研究。首先,研究人员围绕基于聚合物-富勒烯的有机光伏电池,系统优化了宽带隙(Adv. Mater.2014, 26, 5880)和窄带隙(Chem. Mater.2014, 26, 3603)的光伏活性层材料以及相应的叠层器件制备方法,在2015年和2016年分别实现了10%和11%的光伏效率(Adv. Mater.2015, 27, 1189;Adv. Mater.2016, 28, 5133),达到国际领先水平。
研究人员借助团队在聚合物-非富勒烯型有机光伏电池中的积累,分别优化了非富勒烯型宽、窄带隙材料和电池制备方法,在宽带隙电池中实现了超过1V的开路电压(Adv. Mater.2017, 29, 1700254),在窄带隙电池中实现了超过20 mA/cm2的短路电流密度(Adv. Mater.2016, 28, 8283)。基于此,团队进一步发展了用于制备叠层电池子电池之间连接层的中性导电高分子电极修饰材料(Adv. Mater.2016, 28, 434;Macromolecules2016, 49, 8126),成功构建了高效率叠层器件。当叠层电池中两个子电池之一为富勒烯受体时,叠层电池的光电转换效率超过了文献报道的最高值,达到12.8%(Adv. Mater.2017, 29, 1606340)当均采用非富勒烯型光伏活性层子电池时,电池效率实现进一步突破,达到了13.8%(J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 7302)。该结果大幅超过了已见报道的最高结果,创造了新的叠层有机光伏电池的世界记录。
该研究工作得到了中科院和国家自然科学基金委的支持。

(a)高效率叠层器件前电池、后电池和中间连接层所使用材料的分子结构。(b)叠层器件J-V曲线。(c)叠层器件EQE曲线。
来源:科学网http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/20179114283588244751.shtm