【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 近日，化學(xué)與化工學(xué)院國家膠體材料工程技術(shù)研究中心張茂杰教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合新加坡科技研究局(A*STAR)在室內(nèi)有機(jī)光伏電池領(lǐng)域的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)與器件工程研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Over 30% Efficiency in Halogen-Free Solvent-Processed Indoor Organic Photovoltaic Cells Enabled by Favorable Charge Carrier Dynamics”為題，發(fā)表于國際材料科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊Advanced Materials(影響因子:29.1)。論文通訊作者為張茂杰教授、國霞教授，新加坡科技研究局(A*STAR)研究員畢鵬青、Yang Le。山東大學(xué)博士研究生程思玄為第一作者，山東大學(xué)為第一通訊單位。
 

　　團(tuán)隊(duì)揭示了激子-電荷轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)與活性層聚集態(tài)結(jié)構(gòu)協(xié)同降低能量損失的作用機(jī)制，基于PTQ10:AFIC體系，在無鹵素溶劑加工、活性層無需后處理的條件下實(shí)現(xiàn)了超過30%的室內(nèi)光電轉(zhuǎn)換效率，為物聯(lián)網(wǎng)低功耗設(shè)備供電的室內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了重要理論指導(dǎo)與器件制備方案。該研究還揭示了激子-電荷轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)與活性層聚集態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)室內(nèi)光伏性能的協(xié)同影響，為降低弱光條件下的復(fù)合損失、開發(fā)兼顧高效率與無鹵素溶劑加工的器件提供了思路，也為有機(jī)光伏在物聯(lián)網(wǎng)低功耗設(shè)備中的應(yīng)用探索提供了參考。
 

　　有機(jī)光伏電池具有輕質(zhì)、可溶液加工等特點(diǎn)，在物聯(lián)網(wǎng)低功耗設(shè)備的室內(nèi)供能方面具有應(yīng)用潛力。室內(nèi)弱光條件下，光生載流子密度低，減少電荷產(chǎn)生、輸運(yùn)與收集過程中的損失尤為關(guān)鍵。同時(shí)，采用無鹵素溶劑、減少對(duì)鹵代溶劑的依賴，并簡化制備工藝，是兼顧器件高效率與綠色加工、推進(jìn)實(shí)際應(yīng)用的重要方向。
 

　　張茂杰教授研究團(tuán)隊(duì)長期致力于有機(jī)光伏材料分子設(shè)計(jì)與器件制備工藝開發(fā)，圍繞活性層聚集態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)控、激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)機(jī)制及綠色加工工藝開展系統(tǒng)研究，形成了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料與器件研究成果，持續(xù)推動(dòng)有機(jī)光伏基礎(chǔ)研究與應(yīng)用探索。在上述研究基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)選取PTQ10:ITCC和PTQ10:AFIC兩種受體分子結(jié)構(gòu)相近的體系，系統(tǒng)比較了其激子-電荷轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與器件性能。研究表明，PTQ10:AFIC體系具有多通道激子向電荷轉(zhuǎn)化路徑，其中以電荷轉(zhuǎn)移態(tài)介導(dǎo)的解離通道為主。相較于PTQ10:ITCC，其更快的態(tài)間轉(zhuǎn)化有助于減少界面電荷轉(zhuǎn)移態(tài)累積，從而顯著削弱陷阱輔助復(fù)合這一弱光條件下最主要的能量損耗來源。同時(shí)，PTQ10:AFIC共混薄膜中給、受體組分的優(yōu)異垂直相分布更有利于電荷輸運(yùn)和收集。較快的激子-電荷轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)與有利的活性層聚集態(tài)結(jié)構(gòu)協(xié)同降低了復(fù)合損失，提高了電荷產(chǎn)生與收集效率，這一優(yōu)勢在低載流子密度的室內(nèi)弱光環(huán)境下尤為突出。器件測試結(jié)果表明，基于無鹵素溶劑、無任何后處理制備的小面積器件，在3000?K、2000?lux LED室內(nèi)光源下實(shí)現(xiàn)了30.4%的光電轉(zhuǎn)換效率。面向?qū)嶋H應(yīng)用開展大面積器件驗(yàn)證，1?cm²器件2000?lux下光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)29.1%；進(jìn)一步放大至6.25?cm²器件仍實(shí)現(xiàn)27.4%的光電轉(zhuǎn)換效率，分別保留了小面積器件95.7%與90.1%的性能，大尺寸器件光響應(yīng)分布均勻，展現(xiàn)了優(yōu)異的規(guī)模化制備潛力。
 

　　引用：張茂杰教授團(tuán)隊(duì)在無鹵素溶劑加工室內(nèi)有機(jī)光伏電池領(lǐng)域取得新進(jìn)展-山東大學(xué)【引用時(shí)間：2026年9月29日】