近年来，有机太阳能电池因为质量轻、柔性强、色彩丰富等优点而备受关注。特别是，受益于非富勒烯受体材料分子的深入设计与广泛应用，单节有机太阳能电池的能量转换效率已经超过17%，基本上满足了有机光伏的商业需求。但是，关于有机太阳能电池稳定性的研究则相对较少，这严重限制了有机光伏产业的实际商业应用。

由于长时间受到阳光曝晒，电池组件在室外的实际运行温度高达50至70摄氏度；甚至在一些地区，运行温度高达100摄氏度。可见，有机太阳能电池在高温下的稳定性应得到妥善解决。在之前的文献中，研究者们通过调控分子结构，提高材料玻璃化转变温度，加入交联剂或增容剂，引入热裂解基团等策略使多个明星光伏体系的热稳定性能得到明显改善。然而，这些方法具有合成复杂、重复性差、普适性低等缺点，限制了其广泛应用。

武汉大学高等研究院闵杰研究员（点击查看介绍）课题组提出了一种能同时提高有机太阳能电池效率和热稳定性的简单普适方法。作者借鉴第三组分材料能够有效降低界面自由能，抑制给受体相分离等优点，通过分子间作用力固化给受体界面区域的策略，选择高分子量、长烷基链且平面共轭的聚合物受体材料PZ1来增加PM6:BTTT-2Cl光伏体系给受体界面的相容性。结果表明，通过控制PZ1的含量，可以优化相分离结构，增加给受体材料的结晶度，促进载流子传输，使PM6:BTTT-2Cl光伏体系PCE从13.80%提高到15.10%。更重要的是，PZ1作为固体添加剂能明显抑制受体分子聚集，固化共混物的微观结构，提升热稳定性能。未掺杂的活性层在150℃加热24小时后，PCE降低到初始效率的一半。相反，PZ1掺杂的活性层在150℃加热800小时后效率损失仅12%。同时，其他四个光伏体系的研究表明，PZ1是同时提高活性层效率和热稳定性的万能钥匙。

此外，由于其优越的热稳定性，作者进行了近地卫星、月球、火星等太空场景的模拟温度循环测试并测得其极端条件下的光电转换效率，结果表明该体系具有良好的外层空间应用潜力。

这一成果近期发表在Nature Communications 上，硕士研究生杨文彦和罗正辉博士为共同第一作者，闵杰研究员为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金和武汉大学自主科研项目等的资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Simultaneous enhanced efficiency and thermal stability in organic solar cells from a polymer acceptor additive

Wenyan Yang, Zhenghui Luo, Rui Sun, Jie Guo, Tao Wang, Yao Wu, Wei Wang, Jing Guo, Qiang Wu, Mumin Shi, Hongneng Li, Chuluo Yang, Jie Min

Nat. Commun., 2020, 11, 1218, DOI: 10.1038/s41467-020-14926-5

闵杰博士简介

闵杰：武汉大学高等研究院研究员，博士生导师。2015年10月获得德国埃尔朗根-纽伦堡大学博士学位，之后留在该大学从事博士后研究。2017年1月起就职于武汉大学，独立建组，从事有机太阳能电池及其相关方向的研究工作。回国三年来，以通讯作者身份在Joule., Nat. Commun., Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed 等学术期刊上发表论文30余篇。授权中国发明专利2项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/52109