研究人員利用有機太陽能電池實現創紀錄的19.31%效率

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理工大學(PolyU)的研究人員利用有機太陽能電池(OSC)，也稱為聚合物太陽能電池，實現了19.31%的突破性功率轉換效率(PCE)。這種卓越的二元OSC效率將有助于增強這些先進太陽能設備的應用。

PCE是衡量給定太陽輻射產生的功率的指標，被認為是光伏(PV)或太陽能電池板在發電中性能的重要基準。理大研究人員將效率提高了19%以上，創下了二元OSC的記錄，該二元OSC在光活性層中具有一個供體和一個受體。

由理大能源轉換科技講座教授兼可再生能源鐘思嚴爵士講座教授李剛教授帶領的研究團隊發明了一種利用1,3,5-三氯苯作為結晶的新型OSC形態調控技術調節器。這種新技術提高了OSC的效率和穩定性。

該團隊開發了一種非單調中間態操縱(ISM)策略來操縱體異質結(BHJ)OSC形態，同時優化非富勒烯OSC的結晶動力學和能量損失。與使用基于薄膜中過度分子聚集的傳統溶劑添加劑的策略不同，ISM策略促進了更有序的分子堆疊和有利的分子聚集的形成。結果，PCE顯著增加，并且減少了不希望的非輻射復合損耗。值得注意的是，非輻射復合會降低發光效率并增加熱損失。

研究小組的發現在《自然通訊》上發表的研究報告“19.3%二元有機太陽能電池和非單調中間狀態轉變實現的低非輻射復合”中有所描述。將太陽能轉化為電能是實現可持續發展環境的一項重要技術。盡管OSC是一種很有前途的設備，可以經濟高效地利用太陽能，但如果要在實際應用中廣泛使用，就必須提高它們的效率。

李教授說：“研究的挑戰來自于現有的基于添加劑的基準形貌控制方法，這些方法存在非輻射復合損失，從而由于過度聚集而降低了開路電壓。”研究團隊花了大約兩年時間設計了一種非單調ISM策略，以提高OSC效率并降低非輻射復合損失。該研究的發表有望激發OSC研究。

李教授說：“這一新發現將使OSC研究成為一個令人興奮的領域，這可能會在便攜式電子產品和建筑一體化光伏等應用中創造巨大的機會。”當低成本單結OSC可以實現超過20%的PCE以及更穩定的性能和其他獨特優勢(如柔韌性、透明性、可拉伸性、低重量和可調顏色)時，新的大門將打開。

自2014年以來，李教授已連續9年被評為高被引科學家，這證明了他對全球研究的重大影響。自2005年以來，他對聚合物太陽能電池研究的開創性貢獻為全球公認的可印刷太陽能發展帶來了可持續影響。

李教授說：“最新研究表明，雙星OSC的非輻射復合損耗達到創紀錄的0.168eV，PCE超過19%。這對我長期從事OSCs研究來說是一個非常令人鼓舞的結果。在過去的二十年里，我們已經取得了更好的OSC效率，這將有助于加速太陽能的應用。”

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