共轭薄膜的本征光反射特性助力高性能有机太阳能电池中

主要内容

针对这一问题，西安交通大学鲁广昊、朱远惟，浙江大学潘洪革及郑州大学孟令贤等人联合开展系统研究，证实有机共轭薄膜的本征光反射源于光与物质的相互作用，且该作用主要由离域电子云的极化率和共轭主链的取向共同主导；同时发现，有机共轭材料的强本征光学反射特性及其色散效应，与共轭主链极化率、分子堆叠取向同样存在高度关联性，其中高反射率材料普遍具备二维共轭分子主链与面朝上的分子堆积方式。此外，有机太阳能电池微腔内部的多级干涉效应，使得薄膜反射特性与器件短路电流密度Jsc均与活性层厚度显著相关。

为验证上述发现，研究团队以经典的PM6:Y6二元有机太阳能电池作为本征反射特性的典型应用对象，估算得器件最优活性层厚度约为75nm。这是由于微腔内部发生的上下界面反射相消干涉效应可显著增强器件光吸收能力，且在排除粗糙度、界面接触及电荷转移/复合等因素干扰后，该结论得到了基于传输矩阵法（TMM）的仿真模拟与实验结果的双重验证。此外，借助光学微腔模型，团队还阐明了基于D18:N3与PM6:L8-BO体系的有机太阳能电池的厚度调控原理，进一步佐证了微腔效应与活性层厚度关联的普适性。

基于上述系列研究结论与实验、仿真结果，团队提出两类协同优化器件性能的策略：

一是通过精准调控薄膜光学常数与器件微腔结构实现性能提升；

二是通过适度提高材料的折射率n调控电池微腔结构，进而实现器件开路电压Voc、Jsc与填充因子（FF）的协同提升。

该研究通过系统分析有机共轭材料的本征反射及色散反射行为，不仅深化了学界对这类材料本质特性以及光反射在光伏器件性能中作用机制的认知，更为有机太阳能电池活性层的光管理优化确立了明确的设计准则，同时为有机光伏器件的进一步光学优化提供了坚实的理论支撑。

该研究通过系统分析有机共轭材料的本征反射及色散反射行为，不仅深化了学界对这类材料本质特性以及光反射在光伏器件性能中作用机制的认知，更为有机太阳能电池活性层的光管理优化确立了设计准则，同时为有机光伏器件的进一步光学优化提供了理论支撑。

文献信息

Intrinsiclightreflectionofconjugatedfilmstowardshigh-performanceorganicsolarcells

ZichaoShen,GuanyuLu,XianTang,YuanyuanZhang,SongqiaoLi,JinWang,JindeYu,FanGao,LajuBu,XinChen,YuanweiZhu,HonggePan,LingxianMeng&GuanghaoLu

https://www.nature.com/articles/s41467-025-67379-z