相對于傳統(tǒng)的無機(jī)太陽能電池，新一代的有機(jī)太陽能電池（OPV）具有獨(dú)特的優(yōu)勢和應(yīng)用前景，提高其光電轉(zhuǎn)化效率是該領(lǐng)域的主要研究內(nèi)容之一。

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近年來，得益于新型光伏材料的應(yīng)用和器件制備技術(shù)的優(yōu)化，OPV的效率得到了快速的發(fā)展，已經(jīng)突破了15%。目前，限制OPV效率進(jìn)一步提高的主要因素是其在光電轉(zhuǎn)化過程中存在較大的非輻射能量損耗。

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在中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委的支持下，中科院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室侯劍輝課題組的研究人員，長期致力于通過有機(jī)光伏材料的分子設(shè)計(jì)提升電池器件的效率，開展了系列的研究。

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在前期的工作中(J. Am. Chem. Soc.?2017, 139, 7148;?Angew. Chem. Int. Ed.?2017, 56, 3045;?Adv. Mater.?2017, 29. 1703080;?Adv. Mater.?2018, 30, e1800613)，研究人員系統(tǒng)地研究了鹵修飾方法在分子設(shè)計(jì)優(yōu)化中的應(yīng)用，制備了一系列優(yōu)異的有機(jī)光伏材料，在電池器件中取得了效率的不斷提升。

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最近，研究人員制備了氯修飾的電子受體材料BTP-4Cl，在電池中取得了十分突出的光伏效率：0.09 cm²的小面積電池效率高達(dá)16.5%，1 cm²的電池效率依然保持在15.3%，這些結(jié)果均是當(dāng)前領(lǐng)域內(nèi)報(bào)道的最好結(jié)果。

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圖：基于不同鹵代受體材料電池器件的能量損耗

研究結(jié)果表明，相對于氟代材料（BTP-4F）的電池，基于BTP-4Cl電池性能的提升主要源于其具有較低的非輻射能量損耗。該工作證明了光伏材料分子的設(shè)計(jì)是一種降低非輻射能量損耗的有效途徑，對OPV效率的進(jìn)一步提升具有重要意義。

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該工作中，研究人員與國家納米科學(xué)中心研究員魏志祥課題組以及瑞典林雪平大學(xué)教授高峰團(tuán)隊(duì)在形貌和機(jī)理方面開展了密切的合作，相關(guān)工作發(fā)表在近期的《自然-通訊》上（Nat. Commun.?2019, 10, 2515）。