科學(xué)家們最近調(diào)整了三元有機(jī)太陽能電池（TOSC）的材料，使其效率達(dá)到了傳統(tǒng)太陽能電池的水平。

研究人員通過引入 "客體 "成分，提高了三元有機(jī)太陽能電池的效率。這種改性可改善太陽能電池對(duì)陽光的吸收，優(yōu)化太陽能電池的運(yùn)行。通過對(duì)這種客體成分進(jìn)行戰(zhàn)略性放置和改性，他們實(shí)現(xiàn)了超過 19% 的功率轉(zhuǎn)換效率提升。

有機(jī)與無機(jī)太陽能電池

有機(jī)光伏太陽能電池（OSC）是一種使用有機(jī)材料（通常由小分子或聚合物組成）將太陽光轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池，有別于使用晶體硅或其他無機(jī)材料的傳統(tǒng)無機(jī)太陽能電池。

開放式太陽能電池的主要優(yōu)點(diǎn)之一是靈活輕便。利用噴墨打印等基于溶液的工藝，它們可以廉價(jià)地制成柔性卷筒而非剛性面板，因此適合傳感器、便攜式充電器或可穿戴電子設(shè)備等多種應(yīng)用。OSC 還可以設(shè)計(jì)成半透明或各種顏色，從而可以美觀地集成到建筑物、窗戶或其他結(jié)構(gòu)中。

不過，與無機(jī)太陽能電池相比，開放式晶體管的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）較低。TOSC在一定程度上改變了這一狀況。傳統(tǒng)的二元有機(jī)太陽能電池由供體材料和受體材料組成，與之不同的是，TOSC 包含額外的第三種成分，通常稱為"客體"。引入這種客體成分是為了優(yōu)化太陽能電池運(yùn)行的各個(gè)方面，從調(diào)整電池的內(nèi)部能量流到改進(jìn)電池如何將光能轉(zhuǎn)化為電能。

“客體”成分的作用

對(duì)于提高 PCE 尤為重要的是，客體成分還可以拓寬可吸收光的光譜。通過選擇一種能在供體或受體未覆蓋的范圍內(nèi)吸收光的客體材料，可以提高電池對(duì)陽光的整體吸收率。同時(shí)，還能很好地調(diào)整混合薄膜的形態(tài)，使其能夠進(jìn)行激子解離、電荷生成和傳輸。

鑒于客體成分可以發(fā)揮多種不同的功能，其在太陽能電池'三明治'或矩陣中的具體位置可以從根本上改變性能。該研究的研究人員說："根據(jù)其位置的不同，客體元件既可以以閃電般的速度傳輸能量，也可以幫助捕捉更多的陽光。"

現(xiàn)有三種不同位置的可能性：嵌入供體材料，嵌入受體材料，或以某種方式分散在供體和受體界面之間，形成混合的合金狀結(jié)構(gòu)（聚集體）。但到目前為止，人們還很少關(guān)注客體成分的位置問題。

實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和結(jié)果

在研究中，研究人員在 TOSC 中使用了一種名為 LA1 的客體成分（與其他客體成分材料的結(jié)晶度不同）。LA1 是一種小分子受體，研究人員用苯基烷基側(cè)鏈對(duì)其進(jìn)行了修飾--苯基烷基側(cè)鏈?zhǔn)且环N官能團(tuán)（分子中原子的集合，具有自身的一系列特性），常用于設(shè)計(jì)用于光伏設(shè)備的有機(jī)材料。用苯基烷基側(cè)鏈對(duì) LA1 進(jìn)行改性，在保持令人滿意的兼容性的同時(shí)，改善了其結(jié)晶度和排列，從而提高了其在 TOSC 中的性能。

此外，研究人員還通過對(duì)與主成分相互作用的各種條件（包括主/客體相容性、表面能、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和分子間相互作用）進(jìn)行調(diào)控，來調(diào)節(jié)客體成分的分布。通過這種方法，他們?cè)诖蠖鄶?shù)客體分子中發(fā)現(xiàn)了類似合金的聚集體，這些聚集體也滲透并分散到宿主分子中。

令人印象深刻的是，這些嵌入式主/客"合金"的結(jié)晶尺寸可以很容易地進(jìn)行微調(diào)，以改善電荷傳輸和抑制電荷重組。因此，研究人員最初能夠?qū)崿F(xiàn) 15% 以上的 PCE 增效，然后通過將客體成分與作為主成分的 Y6 系列受體相結(jié)合，他們實(shí)現(xiàn)了 19% 以上的更大增效。

研究人員認(rèn)為，他們已經(jīng)取得了相當(dāng)大的實(shí)驗(yàn)成功，但這些增益的驅(qū)動(dòng)力在理論上仍然不太清楚。展望未來，研究人員希望能更好地闡明這些基本機(jī)制。