寧波材料所在有機(jī)太陽能電池研究方面取得重要進(jìn)展
目前，不可再生化石燃料的大量使用所造成的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，綠色環(huán)保的太陽能電池技術(shù)隨之得到了廣泛重視。其中，有機(jī)太陽能電池具有柔性、半透明、易于大面積制備和色彩絢爛等優(yōu)點(diǎn)，在滿足人們電力需求的同時(shí)，更能帶來愉快的視覺享受，因而在便攜式電子產(chǎn)品、光伏建筑等領(lǐng)域具有很強(qiáng)的應(yīng)用潛力，已成為當(dāng)前新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
中科院寧波材料所葛子義研究員領(lǐng)導(dǎo)的有機(jī)光電材料與器件研究團(tuán)隊(duì)在有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域取得了系列進(jìn)展。繼2015年研發(fā)了一種可濕法加工的低價(jià)非共軛小分子電解質(zhì)，用作陰極界面層，突破了單結(jié)有機(jī)太陽能電池10%的效率瓶頸（Nature Photonics. 2015, 9, 520）之后，又在有機(jī)太陽能電池界面調(diào)控方面繼續(xù)開展了深入、系統(tǒng)的研究工作，例如開發(fā)了系列新型的非共軛界面材料（J .Mater. Chem. A, 2016, 4, 14944; J .Mater. Chem. A, 2016, 4, 2530）、超支化聚合物界面材料（Prog. Photovolt: Res. Appl, 2016, 130, 319）和低價(jià)環(huán)保的界面材料（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 27083；J .Mater. Chem. A, 2017, DOI: 10.1039/C7TA09233D）等。
最近，該研究團(tuán)隊(duì)在高效率非富勒烯有機(jī)太陽能電池方面取得了重要進(jìn)展，設(shè)計(jì)合成了一種新型多元環(huán)骨架的小分子受體材料ITCN，與非富勒烯活性層體系具有很好的能級匹配和吸收光譜互補(bǔ)，獲得了單結(jié)三元非富勒烯有機(jī)太陽電池12.16%的能量轉(zhuǎn)換效率。該成果以“Ternary Nonfullerene Polymer Solar Cells with 12.16% Efficiency by Introducing One Acceptor with Cascading Energy Level and Complementary Absorption”為題發(fā)表在Advanced Materials上（2017, DOI: 10.1002/adma.201703005,論文鏈接http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201703005/full），并申請了中國發(fā)明專利（CN 201710073869.2）。相關(guān)研究工作得到了中科院化學(xué)所侯劍輝研究員的支持。
圖1 （a）ITCN, IT-M和PBDB-T的吸收光譜圖，（b）ITCN/IT-M/PBDB-T光活性層體系的能級和電荷躍遷示意圖
圖2 ITCN/IT-M/PBDB-T三元非富勒烯有機(jī)太陽能電池效率曲線
上述研究得到了國家自然科學(xué)基金（51773212， 61705240 和21574144），國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFB0401000），浙江省杰出青年基金（LR16B040002），寧波市科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2015B11002，2016B10005），中科院交叉創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目（QYZDB-SSW-SYS030）和中科院重點(diǎn)國際合作項(xiàng)目（174433KYSB20160065）等資助。
（新能源技術(shù)所 彭瑞祥）