有机光伏（OPV）是一种有前途的、经济的下一代太阳能电池技术，用于可扩展的清洁能源和可穿戴电子产品。但光生载流子重组导致的能量转换损失阻碍了光生载流子功率转换效率（PCE）的进一步提高。最近，香港城市大学的研究人员克服了这一障碍，发明了一种新的设备工程策略，成功抑制了能量转换损失，从而实现了创纪录的效率。
香港城市大学团队开发的性能最好的有机光伏已实现超过19%的转换效率，团队预计很快将超过20%。这一发现有望使有机光伏商业化。
有机光伏是一种基于有机半导体的太阳能电池技术，由于其低材料毒性和在光活性材料中的巨大分子可调谐性，被认为是清洁能源的一个有前途的候选者。目前，大多数高性能有机光伏采用“体异质结”（BHJ）结构，由电子供体和受体材料混合在器件的整个有源层中。
当在有机光伏中将太阳光转换成电时，太阳光的能量会产生激子（带负电的电子和带正电的空穴结合在一起），然后在纳米尺度的施主-受主界面解离成自由电子和空穴，产生电荷载流子（光电流），从而产生电。
然而，如果这些电荷载流子没有被电极收集并在施主-受主界面再次相遇，它们可能会重新结合形成所谓的低能“自旋三重态激子”（T1），该激子会连续松弛回到基态，导致以热形式的能量损失，从而导致光电流损失。这种不可逆过程强烈限制了有机光伏的最大可实现转换效率。
该研究团队克服了这一障碍，发明了一种新的设备工程策略，以抑制T1的形成并将相关的重组损失降到最低，从而实现了有机光伏破纪录的效率。
研究人员说：“使用这一策略，我们将其扩展到了14种其他材料系统，以显示这项研究的普遍适用性。”
他们的研究结果发表在《自然能源》期刊上。
通过将太阳能电池内部的传统高度混合体异质结（BHJ）结构替换为非混合的“平面混合异质结”（PMHJ），以减少有机光伏活性层内的施主-受主界面，该团队通过抑制电荷载流子的重组，设法减轻了OPV中的能量转换损失。这一发现最大化了OPV的光电流，导致器件的PCE超过19%。
研究人员表示，这一策略实现了最佳光电压-光电流平衡，使OPV具有与无机光伏相当的竞争效率。研究人员解释道，有机光伏电池与无机光伏电池相比有几个优势，比如轻量和柔韧性，就像薄膜一样，并且可以使用卷对卷印刷生产，具有成本效益。
该团队认为，其最新发现为未来有机光伏充分发挥其潜力提供了全面的基础，并激发了有机半导体中多功能光物理过程的新一波研究。
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