薄志山高效钙钛矿有机叠层太阳能电池中的有机薄膜演化与复合损失

主要内容

钙钛矿/有机叠层太阳能电池作为突破单结器件效率极限的一种颇具前景的策略，其性能提升一直备受关注。然而，此前其性能表现受到有机子电池中复合损失的严重限制。面对这一挑战，由北京师范大学薄志山教授、张文凯教授，南方科技大学丘龙斌助理教授，四川大学高分子科学与工程学院李鸿祥副研究员以及青岛大学纺织服装学院欧阳丹副教授、刘玉强教授强强联合所带领的团队，针对这一难题展开了深入研究。

该团队通过追踪有机薄膜形成的最初始阶段薄膜的演变情况，对有机子电池中的复合损失展开细致研究。研究过程中，团队策略性地调整给体与受体的比例，以此精准调控薄膜的生长特性，同时采用先进的原位技术来实时监测结晶动力学。研究结果明确指出，有机共混物中给体含量的差异对溶液到固体的转变过程具有微调作用。当给体含量不足时，受体分子容易发生聚集现象，进而破坏分子排列的有序性，导致结晶度降低。这些形态上的变化会严重阻碍激子解离，促使电荷复合现象频发，最终使器件的整体性能大幅下降。

团队进一步深入探索，通过优化薄膜形貌和结晶过程，成功减少了复合损失。这一系列优化举措使得钙钛矿/有机叠层太阳能电池实现了创纪录的26.42%的光电转换效率。总之，该团队已明确阐明了精准调控有机子电池中聚合物给体含量对于实现高效钙钛矿/有机叠层太阳能电池（TSCs）的关键作用。通过建立结晶度、相分离和激子复合等关键形貌参数与电学参数之间的定量关联，团队发现优化给体：受体（D:A）化学计量比（即给体材料和受体材料在混合时的比例关系）可显著提高激子解离产率和电荷传输效率。相反，若给体负载量不足，则会破坏活性层的分子有序性，从而降低器件性能。因此，在成功调控有机太阳能电池（OSC）子电池的薄膜形貌并降低能量复合损失后，光电转换效率（PCE）得到了显著提升。最终，钙钛矿/有机叠层太阳能电池实现了高达26.42%的显著光电转换效率，这一成果也凸显了协同优化光吸收和激子利用以实现叠层器件性能最大化的必要性。

文献信息

Organic film evolution and recombination losses in highly efficient perovskite/organic tandem solar cells

Xinyue Cui, Guanshui Xie, Guangliu Ran, Yuqiang Liu, Xueqing Ma, Gendi Zhang, Qiumin Kong, Wenkai Zhang, Hongxiang Li, Pei Cheng, Dan Ouyang, Longbin Qiu & Zhishan Bo

https://www.nature.com/articles/s41467-025-64032-7