【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，山東大學化學與化工學院前沿化學研究院高珂教授團隊在有機光伏材料領域取得了一項重要研究進展。該團隊通過創(chuàng)新的分子設計，成功開發(fā)出一種新型非富勒烯受體材料，有效解決了有機太陽能電池能量損失高的關鍵難題。相關成果以《鉑配合物受體調控介電常數(shù)和激子-振動耦合以實現(xiàn)低能量損失的高效有機太陽能電池》為題，發(fā)表于國際頂尖材料學期刊《先進材料》(Advanced Materials)，標志著我國在有機光伏技術研發(fā)方面達到了國際先進水平。
瞄準核心挑戰(zhàn)：攻克能量損失難題
有機光伏電池(OPVs)以其質輕、柔韌、可溶液加工及適于大面積制備等獨特優(yōu)勢，在可穿戴電子設備、建筑一體化光伏和便攜式能源等領域具有巨大的應用潛力。然而，其商業(yè)化進程一直受制于光伏效率的相對不足。其中，活性層材料固有的低介電常數(shù)和強烈的激子-振動耦合效應，導致器件內部能量損失嚴重，成為效率提升的主要瓶頸。
創(chuàng)新分子設計：鉑配合物受體顯威力
面對這一挑戰(zhàn)，高珂教授團隊獨辟蹊徑，將目光投向了過渡金屬配合物。研究團隊精心設計并合成了一種基于“鄰菲咯啉-鉑”配合物為核心骨架的新型非富勒烯受體材料(代號PtHD)。這一設計的精妙之處在于：
強化分子秩序：鉑配合物賦予分子骨架優(yōu)異的平面性和剛性，促進了材料在固態(tài)下形成有序、緊密的π-π堆積結構，這極大地降低了電荷傳輸過程中的重組能。
優(yōu)化電學性質：擴展的分子共軛體系和鉑原子外圍易極化的電子云，協(xié)同作用，顯著提升了活性層材料的介電常數(shù)。高介電環(huán)境有助于削弱正負電荷間的庫侖束縛力(即激子束縛能)，從而更高效地將光生激子拆分為自由移動的電荷。
抑制能量損失：上述特性共同作用，有效抑制了器件內部的非輻射復合能量損失，并實現(xiàn)了電子和空穴遷移率的平衡。
性能卓越：效率突破20.52%
將PtHD作為第三組分，引入到經(jīng)典的PM6:L8-BO二元體系中構建三元有機太陽能電池后，器件性能實現(xiàn)了全面提升。測試結果表明，該電池的能量損失顯著降低，激子解離效率高達99%，同時載流子遷移更加平衡。最終，該三元器件獲得了20.52%的認證光電轉換效率(PCE)，這一數(shù)值在當前三元有機太陽能電池體系中居于領先水平。
意義與展望
這項研究成果不僅展示了一種具體的高效材料，更從原理上揭示了過渡金屬配位化學在調控有機半導體光電性能方面的巨大潛力。它為解決有機光伏中“高電壓損失”這一根本問題提供了全新的材料設計策略和明確的思路——即通過分子工程主動調控材料的介電性質和激子-振動相互作用。這為未來設計更高性能、更低成本的有機光伏材料開辟了一條富有前景的新道路。
本研究工作由山東大學前沿化學研究院副研究員徐化君和博士研究生姜昕悅作為共同第一作者完成，高珂教授為通訊作者。研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金多項面上及青年項目、泰山學者計劃、山東省海外優(yōu)青項目以及山東省青年科技人才托舉工程等基金的大力支持。
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