有機太陽能(néng)電池（ OSCs）作爲一種(zhǒng)新興的可再生清潔能(néng)源，具有質輕、柔性、可大面(miàn)積印刷等優勢，近年來得到廣泛關注。得益于新材料的出現，目前有機太陽能(néng)電池的光電轉換效率已經(jīng)突破19%。然而，要想突破20%的效率瓶頸，同時實現有序的分子排列、合适的結晶區尺寸以及減少非輻射損失是面(miàn)臨的巨大挑戰。

    近期，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所有機光電材料與器件團隊在葛子義研究員帶領下在前期高效率和柔性有機太陽能(néng)電池研究的基礎上（Nature Photonics, 2015, 9, 520; Joule, 2021, 5, 2395; Advanced Materials, 2019, 31, 201902210; Advanced Materials, 2022, 34, 2202752; Energy Environ. Sci., 2023, 16, 3119; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 2808.）, 最近在高效率有機太陽能(néng)領域又取得了新進(jìn)展。該團隊設計并成(chéng)功合成(chéng)了高度有序的喹喔啉基小分子受體SMA，引入PM6:BTP-eC9體系中，選用自組裝單分子層2PACZ作爲空穴傳輸層，獲得了剛性20.22%和柔性18.42%的光電轉換效率，分别是目前國(guó)際上公開(kāi)報道(dào)的剛性和柔性有機太陽能(néng)電池的最高效率。

在該工作中，科研人員設計合成(chéng)了高度有序排列的新型喹喔啉基小分子受體SMA，同時該分子具有較高的最低未占據（LUMO）分子軌道(dào)能(néng)級，將(jiāng)其作爲客體加入到PM6: BTP-eC9體系中，會對(duì)給、受體的液态-固态轉變産生影響，在保證合适相區尺度的同時能(néng)夠加快受體材料的結晶和有序排列。有序性的增強和較高的LUMO能(néng)級受體SMA的加入減小了烏爾巴赫能(néng)和非輻射複合損失。同時，SMA的加入優化了垂直形貌，減小了雙分子複合。最終，得益于提升的開(kāi)路電壓、短路電流以及填充因子，基于PM6:BTP-eC9:SMA的三元器件獲得了剛性20.22%的光電轉換效率，這(zhè)是目前公開(kāi)報道(dào)的單結有機太陽能(néng)電池的最高效率。同時，基于該體系的柔性器件獲得了18.42%的光電轉換效率，彎曲2000次後(hòu)能(néng)夠保持初始效率的96%，具有較好(hǎo)的機械穩定性。

該工作以“20.2% Efficiency Organic Photovoltaics Employing a π-Extension Quinoxaline-Based Acceptor with Ordered Arrangement”爲題發(fā)表在國(guó)際頂級期刊Advanced Materials上（DOI: 10.1002/adma.202406690.），陳振宇博士和葛金峰博士爲本文共同第一作者，葛子義研究員、葛金峰博士和宋偉博士爲本文的通訊作者。

    該研究得到了國(guó)家傑出青年科學(xué)基金（21925506）、國(guó)家自然科學(xué)基金（U21A20331）、國(guó)家自然科學(xué)基金聯合基金（21925506）、浙江省自然科學(xué)基金（LQ22E030013）、中國(guó)博士後(hòu)科學(xué)基金（GZC20232794、2023M743617）等的支持。

圖 (a)活性層分子式；(b)給、受體分子的能(néng)級；(c)給、受體吸收範圍；(d-e)BTP-eC9和SMA的2D-GIWAXS圖；(f)光伏器件的J-V曲線；(g)光伏器件的EQE曲線

（光電信息材料與器件實驗室 陳振宇）