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香港理工大学(PolyU)的研究人员利用有机太阳能电池(OSC)，也称为聚合物太阳能电池，实现了19.31%的突破性功率转换效率(PCE)。这种卓越的二元 OSC 效率将有助于增强这些先进太阳能设备的应用。

PCE 是衡量给定太阳辐射产生的功率的指标，被认为是光伏(PV)或太阳能电池板在发电中性能的重要基准。理大研究人员将效率提高了19%以上，创下了二元 OSC 的记录，该二元 OSC 在光活性层中具有一个供体和一个受体。

由理大能源转换科技讲座教授、可再生能源钟思严爵士讲座教授李刚教授带领的研究团队发明了一种利用1,3,5-三氯苯作为结晶的新型OSC形态调控技术调节器。这种新技术提高了 OSC 的效率和稳定性。

该团队开发了一种非单调中间态操纵(ISM)策略来操纵体异质结(BHJ) OSC 形态，同时优化非富勒烯 OSC 的结晶动力学和能量损失。与使用基于薄膜中过度分子聚集的传统溶剂添加剂的策略不同，ISM 策略促进了更有序的分子堆叠和有利的分子聚集的形成。结果，PCE显着增加，并且减少了不希望的非辐射复合损耗。值得注意的是，非辐射复合会降低发光效率并增加热损失。

研究小组的发现在《自然通讯》上发表的研究报告“19.3%二元有机太阳能电池和非单调中间状态转变实现的低非辐射复合”中有所描述。将太阳能转化为电能是实现可持续发展环境的一项重要技术。尽管 OSC 是一种很有前途的设备，可以经济高效地利用太阳能，但如果要在实际应用中广泛使用，就必须提高它们的效率。

李教授说：“研究的挑战来自于现有的基于添加剂的基准形貌控制方法，这些方法存在非辐射复合损失，从而由于过度聚集而降低了开路电压。”研究团队花了大约两年时间设计了一种非单调 ISM 策略，以提高 OSC 效率并降低非辐射复合损失。该研究的发表有望激发 OSC 研究。

李教授说：“这一新发现将使 OSC 研究成为一个令人兴奋的领域，这可能会在便携式电子产品和建筑一体化光伏等应用中创造巨大的机会。”当低成本单结 OSC 可以实现超过20%的 PCE 以及更稳定的性能和其他独特优势（如柔韧性、透明性、可拉伸性、低重量和可调颜色）时，新的大门将打开。

李教授说：“最新研究表明，二元OSC的非辐射复合损耗达到创纪录的0.168 eV，PCE超过19%。这对我长期从事OSCs研究来说是一个非常令人鼓舞的结果。在过去的二十年里，我们已经取得了更好的 OSC 效率，这将有助于加速太阳能的应用。”

本文引用：

Jiehao Fu et al,19.31% binary organic solar cell and low non-radiative recombination enabled by non-monotonic intermediate state transition, Nature Communications (2023).

DOI:10.1038/s41467-023-37526-5