第一作者：孟令賢
通訊作者：陳永勝、萬相見、丁黎明
通訊單位：南開大學、國家納米科學中心
研究亮點：
發展了一種疊層有機太陽能電池，以17.29%的認證效率刷新有機OPV紀錄！
自1958年第一個有機太陽能電池誕生以來，如何提高其光電轉換效率是始終困擾科學家的關鍵難題。十年來，雖然有機太陽能電池的效率已經從5%提高的14%左右，但是，和其他各種光伏電池技術中，有機光伏電池的效率低下依然是一個短板。
從基礎研究的角度來講，一個根本的原因就在于有機材料的電荷遷移率低，導致活性層厚度的限制，光吸收效率不足。疊層有機太陽能電池是目前提高效率的最佳策略之一，其主要問題在于：
1）后電池缺乏具有合適禁帶寬度的有機材料。
2） 由于吸收重疊或者子電池電流不匹配，造成疊層電池電流不足。
有鑒于此，南開大學陳永勝、萬相見團隊和國家納米科學中心丁黎明團隊聯合打造了一種溶液制程的兩端疊層有機光伏電池，以17.29%的認證效率刷新了有機太陽能電池的記錄！
另外，本文第一作者孟令賢，為南開大學陳永勝課題組2016級碩士研究生，從入學到現在不過兩年時間，能做成如此成果，實屬不易。
圖1. 疊層有機光伏電池的性能
研究人員基于研究經驗和理論模型的預測相結合，精挑細選了一種非富勒烯分子COi8DFIC作為后電池活性材料。這種分子的近紅外光吸收起始波長為1100nm 左右，而且單結電池具有優異的FF 和EQE值。前電池活性層選取PBDB-T作為供體，F-M作為受體，以實現對后電池電流和光吸收的最佳匹配。
研究表明，所設計的疊層有機太陽能電池具有高達17%以上的光電轉換效率，而且穩定性優異，在經過166天連續測試后，性能損失僅為4%。
圖2. 預測疊層OPV效率（AM 1.5G）
圖3. 后電池活性材料分子結構及其單結電池性能
總之，這項研究為OPV的基礎研究提供了新的借鑒，為大規模商業應用帶來了新的動力和信心！
參考文獻：
LingxianMeng, Xiangjian Wan, Liming Ding, Yongsheng Chen et al. Organic andsolution-processed tandem solar cells with 17.3% efficiency. Science 2018.
DOI:10.1126/science.aat2612
http://science.sciencemag.org/content/early/2018/08/08/science.aat2612?rss=1
團隊介紹：
陳永勝
陳永勝教授自2003年起任天津市特聘教授，南開大學特聘教授，南開大學納米科學與技術研究中心主任。
陳永勝教授至今已發表SCI論文280余篇，其中在包括Science,Nature, Nature Photon., Nature Commun., Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc.,Nano Lett., Adv. Mater.期刊上發表40余篇，并有40余篇入選ESI高被引論文（top1%），5 篇論文入選“中國百篇最具影響國際學術論文”，總引用數>35000次，H因子87（2018年3月，GoogleScholar），2014-2017年連續入選湯森路透集團全球高引用科學家名錄，目前擔任《Carbon》、《中國科學-化學》、《中國科學-材料》《化學學報》、《2D Materials》、《Energy Storage Materials》等期刊的編輯或編委。
陳永勝團隊長期致力于疊層有機光伏電池的研究。早在2016年，陳永勝團隊與華南理工大學研究團隊等合作，以在可見和近紅外區域具有良好互補吸收的BDT類寡聚分子和卟啉類小分子材料分別作為前電池和后電池的給體材料，采用與工業化生產兼容的溶液加工方法制備得到了高效的有機太陽能器件。經過工藝優化，最終實現了12.7%的驗證效率。Nature Photonics 2017, 11, 85–90
萬相見
萬相見，南開大學教授，國家優秀青年基金獲得者, 南開大學百名青年學術帶頭人。
主要研究方向為有機光電功能材料設計、合成，有機太陽能電池。發表包括Nature Photon,Acc Chem Res,Adv Mater, JACS等論文90余篇，論文被引4000余次，申請專利7項，授權3 項，出版專著（章節）2 部。
丁黎明
丁黎明，中科院“百人計劃”研究員，博士生導師。1988年安徽大學高分子科學學士學位，1993年中科院長春應用化學研究所高分子科學碩士學位，1996年中國科技大學高分子科學博士學位（長春應化所聯合培養）。自1998年，先后在瑞典Link？ping大學，斯德哥爾摩大學，美國麻省大學Amherst分校（美國國家高分子研究中心），美國Wright-Patterson空軍基地，美國Argonne國家實驗室從事科學研究。合作過的教授有：Olle Ingan？s院士，Frank Karasz院士，TomRussell院士，董紹俊院士，汪爾康院士等。
曾在全球第一家聚合物太陽電池公司Konarka公司總部工作，為資深科學家（公司首席科學家為2000年諾貝爾化學獎得主Alan Heeger）。2000-2010在美國工作。2010年加入國家納米科學中心（“百人計劃”引進）。丁黎明小組研究一直聚焦第三代太陽電池，包括鈣鈦礦太陽電池和體異質結太陽電池。在國際重要期刊EES, Adv. Sci., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Energy, Adv. Funct.Mater., Adv. Electron. Mater., Small, Nanoscale, Chem. Commun., J. Mater. Chem.A, Org. Lett., Macromolecules, APL, Adv. Mater., Adv. Energy Mater.上發表研究論文126篇。有8項太陽電池專利。
5年來，丁黎明小組在太陽電池領域有重要突破：
1.發明系列稠環給體/受體構筑單元，單節有機太陽電池效率突破14%， 為世界紀錄 （Science Bulletin 2017, 62, 1562-1564.）。
2.采用新的定位合成手段制備異構純富勒烯受體，效率8.11%，為二加成富勒烯受體世界紀錄（Energy Environ. Sci.2016, 9, 2114-2121.）。
3.發明新方法改善鈣鈦礦結晶和形貌，填充因子達80.11%，曾是世界紀錄（Nanoscale 2014, 6, 9935-9938.）。
4.首次將BHJ植入鈣鈦礦太陽電池，顯著拓展光響應，是鈣鈦礦太陽電池領域一重要發明（J.Mater. Chem. A 2015, 3, 9063-9066.）。
5.采用狹縫涂布和卷對卷工藝印刷制備鈣鈦礦太陽電池，效率分別達 15.57%和11.16%，均是目前世界紀錄（Nano Energy 2018,46,185-192.）。
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