近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院朱衛(wèi)國教授團(tuán)隊在有機(jī)太陽能電池研究領(lǐng)域又取得了一項重要研究成果，研發(fā)的新型供體-受體(D-A)交替型齊聚物材料顯示了協(xié)同降低能量損失和優(yōu)化活性層形貌的優(yōu)異特性。通過綠色溶劑加工，利用該材料實現(xiàn)了三元有機(jī)太陽能電池(OSCs)的高效能量轉(zhuǎn)換，器件的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)高達(dá)17.54%，該效率是目前非鹵溶劑加工有機(jī)太陽能電池的最高性能之一。

設(shè)計較低最高占領(lǐng)分子軌道(HOMO)能級的給體材料或較高最低未占領(lǐng)分子軌道(LUMO)能級的受體材料是當(dāng)今提高OSCs開路電壓和能量轉(zhuǎn)換效率的常用方法。近期我校朱衛(wèi)國教授團(tuán)隊聯(lián)合香港理工大學(xué)李剛教授團(tuán)隊運(yùn)用逆向思維，設(shè)計合成了較高HOMO能級的新型(D-A)2D和(A-D)2A型齊聚物給體材料，應(yīng)用在三元OSCs中，研究了分子構(gòu)架對器件光伏性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)所開發(fā)的新型較高HOMO能級的齊聚物，作為第三組分在三元OSCs中，不僅降低了電池的非輻射能量損耗，而且促進(jìn)了光活性層激子解離，同時抑制了受體材料的過度自聚集，改善了活性層形貌。最終實現(xiàn)了對器件開路電壓(VOC)、短路電流(JSC)、填充因子(FF)光伏三參數(shù)的共同提升。該研究為深入理解第三組分能級對三元OSCs的性能影響提供了新見解。

朱衛(wèi)國教授團(tuán)隊研發(fā)的齊聚物給體材料的分子結(jié)構(gòu)及其三元OSCs的性能如圖所示，研究創(chuàng)新發(fā)展了一類D-A交替型齊聚物給體材料，揭示了較高HOMO能級齊聚物對三元OSCs光伏性能的影響規(guī)律，實現(xiàn)了器件光伏性能三參數(shù)的全面協(xié)同提升；采用綠色非鹵溶劑溶液加工，實現(xiàn)了齊聚物三元OSCs的高效能量轉(zhuǎn)換，創(chuàng)造了齊聚物三元OSCs新的效率記錄(PCE = 17.54%)；通過齊聚物構(gòu)建策略，開發(fā)了第三組分比例高耐受性技術(shù)，即使齊聚物的添加比例高達(dá)50%時，器件的PCE仍能達(dá)到16.15%。

該成果發(fā)表在材料與化學(xué)學(xué)科國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Advanced Materials》(影響因子為30.849)上，論文題目為“Novel Oligomer Enables Green Solvent Processed 17.5% Ternary Organic Solar Cells: Synergistic Energy Loss Reduction and Morphology Fine-tuning”(DOI: 10.1002/adma.202107659)。常州大學(xué)為該論文第一通訊單位，我校博士研究生夏浩和香港理工大學(xué)博士研究生張穎為共同第一作者，我校朱衛(wèi)國教授和香港理工大學(xué)李剛教授為合作通訊作者。

夏浩（右二）與朱衛(wèi)國教授（左七）課題組合影

該研究得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、江蘇省優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)資金、常州大學(xué)科研啟動基金的大力支持。（通訊員/蔡震宇 任濤 審核/呂琳華 張屹 編輯/孫悅）

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202107659。