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理工大學(xué)(PolyU)的研究人員利用有機(jī)太陽能電池(OSC)，也稱為聚合物太陽能電池，實(shí)現(xiàn)了19.31%的突破性功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)。這種卓越的二元OSC效率將有助于增強(qiáng)這些先進(jìn)太陽能設(shè)備的應(yīng)用。

PCE是衡量給定太陽輻射產(chǎn)生的功率的指標(biāo)，被認(rèn)為是光伏(PV)或太陽能電池板在發(fā)電中性能的重要基準(zhǔn)。理大研究人員將效率提高了19%以上，創(chuàng)下了二元OSC的記錄，該二元OSC在光活性層中具有一個(gè)供體和一個(gè)受體。

由理大能源轉(zhuǎn)換科技講座教授兼可再生能源鐘思嚴(yán)爵士講座教授李剛教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種利用1,3,5-三氯苯作為結(jié)晶的新型OSC形態(tài)調(diào)控技術(shù)調(diào)節(jié)器。這種新技術(shù)提高了OSC的效率和穩(wěn)定性。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種非單調(diào)中間態(tài)操縱(ISM)策略來操縱體異質(zhì)結(jié)(BHJ)OSC形態(tài)，同時(shí)優(yōu)化非富勒烯OSC的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和能量損失。與使用基于薄膜中過度分子聚集的傳統(tǒng)溶劑添加劑的策略不同，ISM策略促進(jìn)了更有序的分子堆疊和有利的分子聚集的形成。結(jié)果，PCE顯著增加，并且減少了不希望的非輻射復(fù)合損耗。值得注意的是，非輻射復(fù)合會(huì)降低發(fā)光效率并增加熱損失。

研究小組的發(fā)現(xiàn)在《自然通訊》上發(fā)表的研究報(bào)告“19.3%二元有機(jī)太陽能電池和非單調(diào)中間狀態(tài)轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)的低非輻射復(fù)合”中有所描述。將太陽能轉(zhuǎn)化為電能是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展環(huán)境的一項(xiàng)重要技術(shù)。盡管OSC是一種很有前途的設(shè)備，可以經(jīng)濟(jì)高效地利用太陽能，但如果要在實(shí)際應(yīng)用中廣泛使用，就必須提高它們的效率。

李教授說：“研究的挑戰(zhàn)來自于現(xiàn)有的基于添加劑的基準(zhǔn)形貌控制方法，這些方法存在非輻射復(fù)合損失，從而由于過度聚集而降低了開路電壓。”研究團(tuán)隊(duì)花了大約兩年時(shí)間設(shè)計(jì)了一種非單調(diào)ISM策略，以提高OSC效率并降低非輻射復(fù)合損失。該研究的發(fā)表有望激發(fā)OSC研究。

李教授說：“這一新發(fā)現(xiàn)將使OSC研究成為一個(gè)令人興奮的領(lǐng)域，這可能會(huì)在便攜式電子產(chǎn)品和建筑一體化光伏等應(yīng)用中創(chuàng)造巨大的機(jī)會(huì)。”當(dāng)?shù)统杀締谓Y(jié)OSC可以實(shí)現(xiàn)超過20%的PCE以及更穩(wěn)定的性能和其他獨(dú)特優(yōu)勢(shì)(如柔韌性、透明性、可拉伸性、低重量和可調(diào)顏色)時(shí)，新的大門將打開。

自2014年以來，李教授已連續(xù)9年被評(píng)為高被引科學(xué)家，這證明了他對(duì)全球研究的重大影響。自2005年以來，他對(duì)聚合物太陽能電池研究的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)為全球公認(rèn)的可印刷太陽能發(fā)展帶來了可持續(xù)影響。

李教授說：“最新研究表明，雙星OSC的非輻射復(fù)合損耗達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的0.168eV，PCE超過19%。這對(duì)我長期從事OSCs研究來說是一個(gè)非常令人鼓舞的結(jié)果。在過去的二十年里，我們已經(jīng)取得了更好的OSC效率，這將有助于加速太陽能的應(yīng)用。”

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