上海交大刘烽组最新Joule：效率20.6%！高效稳定高熵有机光伏器件

主要内容：

有机光伏（OPVs）技术商业化进程中的一大关键挑战在于如何同时实现高效率与长期稳定性。针对此挑战，上海交通大学化学化工学院 刘烽教授团队创新性地引入了高熵（HE），该策略巧妙融合了物理共混与化学合成两种方法。通过精心设计的多组分混合，有效增强了系统的熵效应，诱导形成了理想的形貌，进而显著减少了电压损失并优化了激子动力学。

在物理共混研究中，他们观察到高熵混合物中的受体分子因拥有共同的主链结构而保持了强烈的π-π相互作用。同时，通过引入多样化的卤素或烷基链，成功降低了结构的有序性，促进了更均匀的混合。这种混合状态导致导带态密度重新分布，有效带隙得以提升，非辐射复合减少，进而显著提高了开路电压（Voc）。

随后，他们将高熵设计原则拓展至化学合成领域，成功开发出了一系列高性能的高熵材料。这些材料在OPV器件中展现出了卓越的性能，最大光电转换效率（PCE）高达20.6%（平均值为20.3% ± 0.2%，认证效率为20.0%）。此外，在常规封装器件的稳定性测试中，他们观察到这些高熵材料在持续光照条件下表现出更高的工作稳定性和热稳定性。

具体而言，在高分子有序体异质结（HE OPVs）中，熵效应发挥了关键作用，并且有助于形成理想的形貌和光电特性。在高分子-电子受体（HE）混合物中，他们观察到了DoS的重新分布以及电荷转移态能量的增加，这些变化共同提升了开路电压。他们的创新设计理念——即通过使用不同的卤素或烷基链在层状结构中引入无序性，同时保持相似的分子主链以维持π-π相互作用——使得他们能够在一锅合成过程中获得具有广泛组成可能性的高分子-电子受体混合物（HEMs）。这些HEMs不仅保持了所需的激子扩散和电荷传输特性，还展现出了卓越的光电性能和稳定性。

综上所述，刘烽教授团队的研究表明高熵设计策略是一种极具潜力的创新方法，对于推动高性能、稳定的有机光伏器件的发展具有重要意义。这一策略不仅显著提高了OPV器件的效率和稳定性，还为大规模能源应用提供了更加广阔的前景。

文献信息：

Efficient and stable high-entropy organic photovoltaics

Ming Zhang , Lei Zhu, Jun Yan， Xiaonan Xue, Zaiyu Wang,Flurin Eisner,Guanqing Zhou, Rui Zeng,Lixuan Kan, Liang Wu, Wenkai Zhong, Anyang Zhang,Fei Han, Jingnan Song, Nicolai Hartmann, Zichun Zhou,Hao Jing, Haiming Zhu, Shengjie Xu , Jenny Nelson, Yongming Zhang, and Feng Liu

https://www.cell.com/joule/abstract/S2542-4351(25)00032-7