有机光伏（OPV）是基于有机半导体的下一代太阳能电池技术，可用于可扩展的清洁能源和可穿戴电子设备。但OPV中光生载流子的复合会导致出现不可逆的能量转换损失，这使得OPV的功率转换效率（PCE）无法进一步提高。近日，发表在《自然·能源》（Nature Energy）上的一项研究显示，香港城市大学的研究人员克服了这一障碍，他们开发了一种新的设备工程策略，成功抑制了OPV能量转换损失，实现了超过19%的创纪录的光电转换效率。
在OPV中，来自阳光的能量会产生激子（结合在一起的带负电的电子和带正电的空穴），并在纳米级给体-受体界面处离解成自由电子和空穴，产生电荷载流子，也就是光电流。但如果这些电荷载流子没有被电极收集，就会在给体-受体界面再次相遇，重新结合成为低能三重态激子T₁，并弛豫回基态。在这个不可逆的过程中，能量会以热量的形式损失，光电流也会损失，极大限制了OPV可实现的最大PCE。研究人员采用降低了给体和受体材料混合度的平面混合异质结（PMHJ）取代了传统的高度混合的本体异质结（BHJ），减少了给体-受体接触，能够最大限度地抑制界面处电荷转移状态介导的损耗途径，降低T₁浓度。这项研究从根本上改变了过去多通过增大给体-受体接触界面从而提升OPV性能的策略，并为未来OPV技术商业化提供了全面的基础。
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