上海交大团队研发单结有机太阳能电池，单结器件效率达19.6% “据我所知

“据我所知，这是单结有机太阳能电池能量转换效率的新纪录，超过了以往报道的18%甚至更低的效率， 19.6%的能量转换效率是令人惊叹的，我相信，该工作取得的成果和提出的方法对有机光伏（OPV ， organicphotovoltaics）的商业化应用具有重要意义。 ”对于上海交通大学化学化工学院刘烽教授的单结有机太阳能电池新论文，审稿人十分认可。

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图|刘烽（来源：刘烽）
近日，刘烽团队与合作者研发出一款单结有机太阳能电池，实现了19.3%的平均功率转换效率。 “目前，单结器件效率已经达到19.6% ，并且制备简单、成本较低。在器件集成优化后，可以达到商业化应用需求。在未来，窗口应用是一个重点，比如半透明建筑外窗、车窗、阳光房、大棚等，在保持一定透光的前提下还能用来发电。 ”他说。

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（来源：NatureMaterials）
【上海交大团队研发单结有机太阳能电池，单结器件效率达19.6%】他还表示，与其他类型的太阳能电池相比，例如硅基太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等，有机太阳能电池的应用场景不同、赛道也不同，基本处于互补的关系。有机太阳能电池的主要优势，在于半透明、柔性、轻便性，主要的应用场景是半透明窗口能源比如光伏建筑、以及柔性光电子器件。
有机薄膜太阳能电池是一种新型的清洁能源器件，它是一类基于有机半导体材料的超薄型光电转换器件，具有低成本、柔性、半透明、材料种类丰富、以及可大面积印刷制备等优点。
这类电池的一个核心特点在于，采用给受体材料共混薄膜作为吸光层。因此，薄膜的相分离形貌是材料体系之外最重要的特征，决定着光电转换效率。先前针对这个问题，学界也有大量研究。
基本已经明确的是，有机薄膜太阳能电池是一个材料体系、一套加工工艺、一种形貌的非常紧密的关联链条。此前，科研人员对材料结晶性质、相分离尺度、激子解离、电荷传输等性质已经有了较为深入的理解，建立了一定的构效关系。尤其是在相分离尺度、结晶性、相纯度等形貌因子上，逐渐形成了一套比较全面的知识系统。
而本次工作和前期工作的主要区别在于，该团队从材料的纤维结晶出发，避免了非平衡态成膜过程的复杂讨论，也回避了材料相容性、相纯度、相区连续性这些难以定量研究的难点。
具体来说，课题组从给受体材料的纤维结晶出发，通过优化材料的纤维结晶形貌，构建双纤维共混薄膜，将共混区看成是一个连续的粘结相，这样就对薄膜的形貌进行了最大的简化，而且能进行较为定量化的构效关系研究，故具有较大的可操作性。

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（来源：NatureMaterials）
刘烽表示，该研究的最大知识创新在于这种新形貌框架的建立，它避开了非平衡态形貌调控的难题，集中精力优化纤维形貌。并且，该形貌较为巧妙地利用了有机材料结晶尺度的自我受限性质即晶区尺度小、纤维长径比大。因此，相分离尺度和相连续性都得到了较好保障。同时，相界面也很大，这对高效率激子分离具有重要意义。
更重要的是，结晶相无需考虑相纯度的问题，加上前期的研究结果也多次证明，纤维相具有很好的电荷传输性能。这些因素的综合，是该工作能实现光电转换效率突破的核心原因。