相比于其他太阳能电池，有机太阳能电池（OSC）因其具有柔性、半透明等独特优势而受到广泛关注。目前，在单结有机太阳能电池中，活性层由三个组分材料混合而成的三元有机太阳能电池(TOSCs)表现出最高的光电转换效率，其认证效率超过19%。但是，TOSC的效率仍然远低于钙钛矿太阳能电池（认证效率超过26%）。造成TOSC光电转换效率低的主要原因是它的开路电压比钙钛矿太阳能电池低很多，这是因为电荷在非辐射复合的过程中产生了电压损失。因为TOSC活性层形貌复杂、电荷产生与复合机理不明，所以TOSC非辐射电压损耗的微观机理尚不清楚，这限制了三元共混活性层的合理设计与TOSC效率的进一步改善。
针对上述关键科学问题，近日，我院陈先凯教授与林雪平大学高峰教授开展了理论与实验的合作研究。此前，针对二元有机太阳能电池的非辐射电压损耗机理，陈先凯教授课题组基于量子动力学理论开发了 “三态”电子-振动动态新模型（Nature Energy, 2021, 6, 799）。在此基础之上，陈先凯教授课题组进一步将上述模型拓展为“多态”理论模型，揭示了第三组分材料浓度对TOSC非辐射电压损耗的微观调控机制，提出了减小TOSC非辐射电压损耗的材料设计原理。该工作不仅为TOSC非辐射电压损耗的微观机理提供了统一的理论模型，而且为有机太阳能电池实现下一个效率突破提供了理论思路。
“多态”理论模型简介
论文涉及的所有实验部分均由高峰教授课题组及其他合作者完成，第一作者王宇铭博士、通讯作者陈先凯与高峰教授共同构思该研究与论文。
文章网址：https://www.nature.com/articles/s41560-023-01309-5
文章题目：Origins of the open-circuit voltage in ternary organic solar cells and design rules for minimized voltage losses
作者信息：Yuming Wang, Jianwei Yu, Rui Zhang, Jun Yuan, Sandra Hultmark, Catherine E. Johnson, Nathaniel P. Gallop, Bernhard Siegmund, Deping Qian, Huotian Zhang, Yingping Zou, Martijn Kemerink, Artem A. Bakulin, Christian Müller, Koen Vandewal, Xian-Kai Chen* & Feng Gao*
陈先凯教授简介：http://funsom.suda.edu.cn/f6/aa/c2735a521898/page.htm
责任编辑：郭佳
