有機光伏（OPV）是基于有機半導體的下一代太陽能電池技術，可用于可擴展的清潔能源和可穿戴電子設備。但OPV中光生載流子的復合會導致出現(xiàn)不可逆的能量轉(zhuǎn)換損失，這使得OPV的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）無法進一步提高。近日，發(fā)表在《自然·能源》（Nature Energy）上的一項研究顯示，香港城市大學的研究人員克服了這一障礙，他們開發(fā)了一種新的設備工程策略，成功抑制了OPV能量轉(zhuǎn)換損失，實現(xiàn)了超過19%的創(chuàng)紀錄的光電轉(zhuǎn)換效率。
在OPV中，來自陽光的能量會產(chǎn)生激子（結合在一起的帶負電的電子和帶正電的空穴），并在納米級給體-受體界面處離解成自由電子和空穴，產(chǎn)生電荷載流子，也就是光電流。但如果這些電荷載流子沒有被電極收集，就會在給體-受體界面再次相遇，重新結合成為低能三重態(tài)激子T?，并弛豫回基態(tài)。在這個不可逆的過程中，能量會以熱量的形式損失，光電流也會損失，極大限制了OPV可實現(xiàn)的最大PCE。研究人員采用降低了給體和受體材料混合度的平面混合異質(zhì)結（PMHJ）取代了傳統(tǒng)的高度混合的本體異質(zhì)結（BHJ），減少了給體-受體接觸，能夠最大限度地抑制界面處電荷轉(zhuǎn)移狀態(tài)介導的損耗途徑，降低T?濃度。這項研究從根本上改變了過去多通過增大給體-受體接觸界面從而提升OPV性能的策略，并為未來OPV技術商業(yè)化提供了全面的基礎。
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