有機光伏（OPV）是基于有機半導體的下一代太陽(yáng)能電池技術(shù)，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(huì )導致出現不可逆的能量轉換損失，這使得OPV的功率轉換效率（PCE）無(wú)法進(jìn)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(xué)的研究人員克服了這一障礙，他們開(kāi)發(fā)了一種新的設備工程策略，成功抑制了OPV能量轉換損失，實(shí)現了超過(guò)19%的創(chuàng )紀錄的光電轉換效率。
在OPV中，來(lái)自陽(yáng)光的能量會(huì )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(méi)有被電極收集，就會(huì )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(gè)不可逆的過(guò)程中，能量會(huì )以熱量的形式損失，光電流也會(huì )損失，極大限制了OPV可實(shí)現的最大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(guò)去多通過(guò)增大給體-受體接觸界面從而提升OPV性能的策略，并為未來(lái)OPV技術(shù)商業(yè)化提供了全面的基礎。
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