考虑到新的非富勒烯受体和串联结构的独特优势，基于它们的有机光伏（OPV）具有巨大的潜力。与该新兴领域相关的研究始于2016年，其实现了8-10％的功率转换效率（PCE），现在已提高到17％。

有鉴于此，加州大学洛杉矶分校杨阳教授，北京大学占肖卫教授提出了高性能有机光伏的构造，重点是结合新的非富勒烯受体和串联结的优势。

文章要点

1）为了构建基于非富勒烯受体的高性能串联结OPV，正确和分别管理前子电池，后子电池和ICL至关重要。对于前子电池：（1）中带隙（1.6–1.8eV）；（2）在紫外线可见光区的吸收率高；（3）受体的LUMO能级较高；（4）供体/受体的HOMO小偏移量；（5）光滑的顶面；（6）需要良好的热稳定性。结果，V_OC为1.0-1.1 V，JSC为16-18 mA cm^-2，中等FF为75-78％以及良好的热稳定性。对于后子电池：（1）窄带隙（1.2-1.4eV）；（2）在红外区的吸收率高；（3）受体的LUMO能级较高；（4）供体/受体的HOMO偏移较小是有利的。因此，可以实现0.75-0.85 V的中等V_OC，26-28 mA cm^-2的高JSC和75-78％的高FF。对于ICL：（1）最小的光损耗；（2）最小的电损耗；（3）光滑的顶面；（4）对前子电池的损坏应最小。将所有这些先决条件结合在一起，将在不久的将来实现V_OC为1.75–1.95 V，JSC为13–15 mA cm⁻²，FF为80％且PCE为20％的非富勒烯级联OPV。

2）为了构建具有更高性能（PCE达25％）的非富勒烯串联连接的OPV，提出了一些有希望的研究方向：（1）设计新的带隙约为1.1 eV的红外吸收受体，将后部子电池的JSC提升至35 mA cm^-2;（2）制定新的策略以减少辐射/非辐射重组，从而进一步将前后子电池的VOC损耗分别降至0.5V和0.4V;（3）在ICL中采用具有高透射率/电导率的复合层（例如ITO）；（4）开发三结（或更多结）器件，以进一步减少热损失。

Pei Cheng, et al, Constructing High-Performance Organic Photovoltaics via Emerging Non-Fullerene Acceptors and Tandem-Junction Structure, Adv. Energy Mater. 2020

DOI：10.1002/aenm.202000746

https://doi.org/10.1002/aenm.202000746