全小分子有机太阳能电池取得新进展

 能源短缺和环境污染已经成为了制约社会经济发展的重要因素之一，可再生能源特别是太阳能的利用越来越显示其重要性。由此太阳能的开发利用方式越来越多，能量转换效率不断攀升，使用成本不断下降，其中利用太阳能的主要方式为太阳能电池。

太阳能电池的发展

1954年，美国的贝尔实验室成功研制出硅太阳能电池，开创了光电转换研究的先河，之后关于太阳能电池的研究迅速发展。最初主要集中于以单晶硅为活性材料的无机太阳能电池。 20世纪90年代又发展了砷化镓、碲化镉以及叠层GaInP/GaAs/Ge等器件，它们由单晶、多晶或非晶薄膜构成。目前太阳能电池大致分为三大类：晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和新型太阳能电池。晶体硅太阳能电池又分为单晶硅及多晶硅太阳能电池。薄膜太阳能电池包含非晶硅太阳能电池和多元化合物太阳能电池，而新型太阳能电池包括有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池和杂化钙钛矿太阳能电池等。

全小分子有机太阳能电池

最近，兰州大学张浩力教授与北京大学占肖卫教授合作，围绕高效全小分子有机太阳能电池，针对这两个主要的科学问题与挑战，取得了一系列新的进展。

全小分子有机太阳能电池是以有机小分子为给体材料、稠环电子受体为受体材料的一类新型有机太阳能电池，这类电池可以充分结合小分子给体和稠环电子受体各自的优势，具有很大的研究价值和应用潜能。但是，这类电池目前研究较少、性能偏低，主要是由于性能优越的小分子给体材料的设计和活性层形貌的精准调控具有很大的挑战。

稍早一些时间，研究人员设计了两个具有中等光学带隙小分子给体BDTTT-DPP与BDTTVT-DPP，能与窄光学带隙的稠环电子受体匹配，与明星稠环电子受体IDIC共混制备的ASM-OSCs的效率达到了5%。随后，研究者通过延长共轭主链调控分子能级与堆积，设计了两个新的小分子给体DRBDT-TVT和DRBDT-STVT，制备的ASM-OSCs的效率超过了6.5%。基于上述探索，研究人员进一步提出了双吸电子单元（Dual-Accepting-Unit）的设计策略，设计合成了一个具有A1-A2-D-A2-A1型结构、中等光学带隙、深HOMO能级小分子给体SBDT-BDD。基于SBDT-BDD:IDIC的二元电池可以得到了9.2%的效率，基于SBDT-BDD:IDIC:PC71BM的三元电池可以得到10.9%的效率，这是目前该类电池的最高效率之一。

研究发现PC71BM作为第三组分加入可以有效地调控活性层形貌，协同改善器件的短路电流与填充因子。研究者发展的具有双吸电子单元的给体分子设计策略，对获得性能优越的全小分子电池具有重要的指导意义，并为全小分子电池活性层形貌的精准调控提供了有效的思路。

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