左立见老师研究团队首次揭秘有机光伏器件“稀释”原理

      有机太阳能电池（或有机光伏器件）采用有机共轭分子（或高分子）作为光敏层，通过溶液加工的方法制备，具有低成本、质轻、柔性、多彩、半透明的优势，适用于更广泛的应用场景，甚至可以被制作成房屋玻璃。

      但是，相对于硅太阳能电池，有机太阳能电池的光电转换效率依然很低，是制约其产业化的重要因素之一。近年来，人们发现将多种有机染料分子共混（即多元共混策略）可以有效提高光伏器件效率，然而对于其中的原理并不明确，这也直接导致了对于多组分共混器件材料筛选准则的缺失，并成为进一步制备高性能器件限制因素。

      近日，未来科学研究院青年PI左立见老师在此领域取得重要进展，首次揭示了“稀释”（有机染料分子共混）效应原理，从物理原理的角度为我们提供了多组分共混器件材料筛选依据。该成果以《Dilution effect for highly efficient muliple-component organic solar cells》为题，发表于《自然》子刊《nanotechnology》。

      众所周知，太阳能是当前非常理想的清洁能源。而当前太阳能电池则主要采用单晶硅器件，具有转换效率高、使用寿命长等优势，同时也伴随着质地脆弱、颜色单调、制备成本高、能量返回周期长等缺点。因此，有机光伏电池成为一个新的研发方向。相较而言，有机光伏电池具有重量轻、制作工艺简单、可通过低成本的印刷工艺制备大面积柔性器件等突出优点，具有广阔的应用前景。如何进一步提高光伏效率，是目前研究的重点。左立见老师团队在总结前人实验现象的基础上，首次揭示了“稀释效应”原理。他们在实验中发现，将有机发光染料分散在一个宽带隙染料分子中时，分子的带隙会变宽，电子-震动耦合会降低，体系的非辐射复合能量损失会降低，光电转换效率会提高。就好比在一群鲫鱼中，加入了鲶鱼，鱼群的运动效率会提高一样。研究进一步发现，多组分共混体系中电荷在分子异质结界面可以“自由”转移，为加入受体提高转换效率提供了理论基础。

      根据这一“稀释效应”原理，研究团队提出了多组分有机光伏器件的材料选择设计准则，包括相容性、能级结构、带隙等要求，并取得了试验成功，制备出性能高达18.3%的有机光伏器件，有力推动有机光伏产业化。