目前, 不可再生化石燃料的大量使用造成的能源危機和環境汙染問題日趨嚴重, 綠色環保的太陽能電池技術隨之得到廣泛重視. 其中, 有機太陽能電池具有柔性, 半透明, 易於大面積製備和色彩絢爛等優點, 在滿足人們電力需求的同時, 更能帶來愉快的視覺享受, 在攜帶型電子產品, 光伏建築等領域具有很強的應用潛力, 已成為當前新能源領域的研究熱點.
中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員葛子義領導的有機光電材料與器件研究團隊, 在有機太陽能電池領域取得系列進展. 繼2015年研發可濕法加工的低價非共軛小分子電解質, 用作陰極界面層, 突破單結有機太陽能電池10%的效率瓶頸後, 在有機太陽能電池界面調控方面繼續開展深入, 系統的研究工作, 開發系列新型的非共軛界面材料, 超支化聚合物界面材料和低價環保的界面材料等.
近日, 該研究團隊在高效率非富勒烯有機太陽能電池方面取得進展, 設計合成一種新型多元環骨架的小分子受體材料ITCN, 與非富勒烯活性層體系具有很好的能級匹配和吸收光譜互補, 獲得單結三元非富勒烯有機太陽電池12.16%的能量轉換效率. 相關研究成果以Ternary Nonfullerene Polymer Solar Cells with 12.16% Efficiency by Introducing One Acceptor with Cascading Energy Level and Complementary Absorption為題, 發表在Advanced Materials上, 並申請中國發明專利.
研究工作得到了國家自然科學基金, 國家重點研發計劃, 浙江省傑出青年基金, 寧波市科技創新團隊, 中科院交叉創新團隊, 中科院前沿科學重點研究項目和中科院重點國際合作項目等的資助.
圖1. (a) ITCN, IT-M和PBDB-T的吸收光譜圖, (b) ITCN/IT-M/PBDB-T光活性層體系的能級和電荷躍遷示意圖
圖2.ITCN/IT-M/PBDB-T三元非富勒烯有機太陽能電池效率曲線
