元素百科为您介绍有机光伏效率的新突破。聚合物太阳能电池作为一个新兴的前沿研究领域，由于光活性层材料（包括电子给体和电子受体材料）的设计和开发，其能量转化效率的不断提高。其中，通过分子结构的理性设计来调节材料的前线轨道能级是提高设备开路电压的一种非常有效的策略。近年来，在中国科学院、国家自然科学基金委员会、北京市科学委员会和中国科学院化学研究所的大力支持下，化学研究所聚合物物理化学国家重点实验室研究小组研究人员对聚合物给体材料的水平调制进行了深入研究。他们说，通过降低给体材料的HOMO能级，可以提高相应光伏设备的开路电压，最终获得更高的能量转化效率（Chem. Rev. 2016, 116, 7397-7457; Polym. Int. 2015, 64, 957-962）。
新型聚合物太阳能电池具有明显的优势
与给体材料相比，传统富勒烯受体更难化学修饰。但令人兴奋的是，研究人员在非富勒烯聚合物太阳能电池中实现了11%以上的能量转换效率（Sci. China Chem. 2016, DOI: 10.1007/s11426-016-0198-0)，这一结果非常接近传统富勒烯型太阳能电池的最高效率。此外，与富勒烯器件相比，非富勒烯器件具有更好的稳定性，因此有必要进一步发展此类光伏器件。
聚合物太阳能电池研究新突破
由于近年来对给体材料能级调控的成功实施，研究人员对非富勒烯受体材料能级的精确调控进行了研究。最近，他们首次通过在小分子受体两端引入弱给电子基团，实现了对受体材料LUMO能级的精确调节（Adv.Mater. 2016, DOI: 10.1002/adma.201602776）。研究表明，在保证材料HOMO能级基本不变的情况下，LUMO能级可以有效提高；随着引入电子替代基数量的增加，材料LUMO能级可以逐步提高。因此，相应设备的开路电压从0.90开始 V分别提升到0.944 V和0.97 V。更值得注意的是，由于替代了基团较小的空间位阻，材料的堆积特性几乎没有改变，理想的共混膜形状得以保持。因此，由PBDB-T和受体材料IT-M构建的非富勒烯太阳能电池设备进一步突破了效率，达到了创纪录的12.05%能量转换效率。该电池的效率已通过中国计量科学院认证，达到11.6%，是目前公开认证效率最高的单结有机太阳能电池。同时，这项工作也体现了受体材料精确能级调制的重要性，这将极大地促进受体光伏材料的发展。
