材料学院朱卫国教授研发新型齐聚物获得17.54%高效三元有机太阳能电池

近日，我校材料科学与工程学院朱卫国教授在有机太阳能电池研究领域又取得了一项重要研究成果，研发的新型供体-受体(D-A)交替型齐聚物材料显示了协同降低能量损失和优化活性层形貌的优异特性。利用该材料，通过绿色溶剂加工，实现了三元有机太阳能电池(OSCs)的高效能量转换，器件的能量转换效率(PCE)高达17.54%，该效率是目前非卤溶剂加工有机太阳能电池的最高性能之一。

设计较低最高占领分子轨道(HOMO)能级的给体材料或较高最低未占领分子轨道(LUMO)能级的受体材料是当今提高OSCs开路电压和能量转换效率的常用方法。最近我校朱卫国教授联合香港理工大学李刚教授反其道而行之，运用逆向思维，设计合成了较高HOMO能级的新型(D-A₎₂D和(A-D)₂A型齐聚物给体材料，应用在三元OSCs中，研究了分子构架对器件光伏性能的影响。结果发现：所开发的新型较高HOMO能级的齐聚物，作为第三组分在三元OSCs中，不仅降低了电池的非辐射能量损耗，而且促进了光活性层激子解离，同时抑制了受体材料的过度自聚集，改善了活性层形貌。最终，实现了对器件开路电压(V_OC)、短路电流(J_SC)、填充因子(FF)光伏三参数的共同提升。该研究为深入理解第三组分能级对三元OSCs的性能影响提供了新的见解。

研发的齐聚物给体材料的分子结构及其三元OSCs的性能如图所示，研究取得的主要成果是：(1) 创新发展了一类D-A交替型齐聚物给体材料；(2) 揭示了较高HOMO能级齐聚物对三元OSCs光伏性能的影响规律，实现了器件光伏性能三参数的全面协同提升；(3) 采用绿色非卤溶剂溶液加工，实现了齐聚物三元OSCs的高效能量转换，创造了齐聚物三元OSCs新的效率记录(PCE = 17.54%)；(4) 通过齐聚物构建策略，开发了第三组分比例高耐受性技术，即使齐聚物的添加比例高达50%时，器件的PCE仍能达到16.15%。

成果发表在材料与化学学科国际顶级学术期刊《Advanced Materials》(影响因子为30.849)上，论文题目为“Novel Oligomer Enables Green Solvent Processed 17.5% Ternary Organic Solar Cells: Synergistic Energy Loss Reduction and Morphology Fine-tuning” (DOI: 10.1002/adma.202107659)。 常州大学为该论文第一通讯单位，我校博士研究生夏浩和香港理工大学博士研究生张颖为共同第一作者，我校朱卫国教授和香港理工大学李刚教授为合作通讯作者。

夏浩（右二）与朱卫国教授（左七）课题组合影

该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省优势学科建设资金、常州大学科研启动基金的大力支持。（通讯员/蔡震宇、任涛 审核/吕琳华、张屹） 

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202107659。