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  有機(jī)太陽能電池具有質(zhì)量輕、柔性、半透明以及可大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，成為新一代光伏技術(shù)的重要發(fā)展方向。有機(jī)太陽能電池中的體異質(zhì)結(jié)型活性層通常由一個(gè)電子給體材料和一個(gè)電子受體材料共混制備而成。由于有機(jī)光伏材料的吸收光譜較窄，采用雙組分制備的二元器件難以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光譜的全波段吸收，因而限制了有機(jī)光伏器件效率的進(jìn)一步提升。在二元體系中引入吸收光譜互補(bǔ)的第三組分制備三元器件是提高有機(jī)太陽能電池短路電流的有效策略。近年來，通過對(duì)第三組分材料的合理篩選以及共混比例的優(yōu)化，三元有機(jī)太陽能電池的器件效率已經(jīng)突破15%。然而，目前已報(bào)道的第三組分材料普遍存在著分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、合成困難、成本高等不足之處。因此尋找低成本第三組分材料對(duì)三元太陽能電池的發(fā)展具有重要意義。

  最近，在中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金和福建省自然科學(xué)基金的資助下，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭慶東研究員課題組和西安交通大學(xué)馬偉教授課題組合作，將一種廉價(jià)易得的苯并噻二唑衍生物（BTF）作為第三組分用于構(gòu)筑三元光伏器件，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)16.53%的光電轉(zhuǎn)換效率(圖1)。具有良好結(jié)晶性的小分子BTF的引入不但能夠提升器件對(duì)短波段太陽光的捕獲能力，還能夠有效調(diào)控活性層的形貌（圖 2），最終使得器件的開路電壓，短路電流和填充因子同時(shí)得到提高。該工作對(duì)設(shè)計(jì)低成本、高效三元有機(jī)太陽能電池具有重要的指導(dǎo)意義。

圖1、三元電池活性層材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式和三元電池在最優(yōu)條件下的J-V曲線

圖2、不同BTF含量的活性層膜的GIWAXS圖

  相關(guān)結(jié)果近期在線發(fā)表在《Materials Horizons》：A minimal benzo[c][1,2,5]thiadiazole-based electron acceptor as a third component material for ternary polymer solar cells with efficiencies exceeding 16.0%. DIO: 10.1039/C9MH00993K，文章第一作者為馬云龍助理研究員。

  此前，該團(tuán)隊(duì)在非富勒烯受體材料與器件方面取得了系列進(jìn)展。設(shè)計(jì)并合成了一類含有梯形稠環(huán)二噻吩并環(huán)戊二烯并萘分子的非富勒烯受體材料，相應(yīng)器件的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)9.51%，能量損失低至0.50 eV（Chem. Mater. 2017, 29, 7942-7952；Chem. Mater. 2017, 29, 9775-9785）；發(fā)展了一類以二噻吩并環(huán)戊二烯并咔唑分子為核的非富勒烯受體材料，并通過側(cè)鏈工程和氟化策略將基于該材料的器件效率提升至11.18%（Chem. Mater. 2019, 31, 5953-5963）；發(fā)展了一類基于C2v對(duì)稱的含梯形稠環(huán)非富勒烯受體材料，通過器件制備工藝的優(yōu)化，獲得了11.25%的轉(zhuǎn)化效率（J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 9609-9617）。

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/mh/c9mh00993k#!divAbstract