近日，山东大学化学与化工学院前沿化学研究院高珂教授团队在有机光伏材料领域取得了一项重要研究进展。该团队通过创新的分子设计，成功开发出一种新型非富勒烯受体材料，有效解决了有机太阳能电池能量损失高的关键难题。相关成果以《铂配合物受体调控介电常数和激子-振动耦合以实现低能量损失的高效有机太阳能电池》为题，发表于国际顶尖材料学期刊《先进材料》(Advanced Materials)，标志着我国在有机光伏技术研发方面达到了国际先进水平。
瞄准核心挑战：攻克能量损失难题
有机光伏电池(OPVs)以其质轻、柔韧、可溶液加工及适于大面积制备等独特优势，在可穿戴电子设备、建筑一体化光伏和便携式能源等领域具有巨大的应用潜力。然而，其商业化进程一直受制于光伏效率的相对不足。其中，活性层材料固有的低介电常数和强烈的激子-振动耦合效应，导致器件内部能量损失严重，成为效率提升的主要瓶颈。
创新分子设计：铂配合物受体显威力
面对这一挑战，高珂教授团队独辟蹊径，将目光投向了过渡金属配合物。研究团队精心设计并合成了一种基于“邻菲咯啉-铂”配合物为核心骨架的新型非富勒烯受体材料(代号PtHD)。这一设计的精妙之处在于：
强化分子秩序：铂配合物赋予分子骨架优异的平面性和刚性，促进了材料在固态下形成有序、紧密的π-π堆积结构，这极大地降低了电荷传输过程中的重组能。
优化电学性质：扩展的分子共轭体系和铂原子外围易极化的电子云，协同作用，显著提升了活性层材料的介电常数。高介电环境有助于削弱正负电荷间的库仑束缚力(即激子束缚能)，从而更高效地将光生激子拆分为自由移动的电荷。
抑制能量损失：上述特性共同作用，有效抑制了器件内部的非辐射复合能量损失，并实现了电子和空穴迁移率的平衡。
性能卓越：效率突破20.52%
将PtHD作为第三组分，引入到经典的PM6:L8-BO二元体系中构建三元有机太阳能电池后，器件性能实现了全面提升。测试结果表明，该电池的能量损失显著降低，激子解离效率高达99%，同时载流子迁移更加平衡。最终，该三元器件获得了20.52%的认证光电转换效率(PCE)，这一数值在当前三元有机太阳能电池体系中居于领先水平。
意义与展望
这项研究成果不仅展示了一种具体的高效材料，更从原理上揭示了过渡金属配位化学在调控有机半导体光电性能方面的巨大潜力。它为解决有机光伏中“高电压损失”这一根本问题提供了全新的材料设计策略和明确的思路——即通过分子工程主动调控材料的介电性质和激子-振动相互作用。这为未来设计更高性能、更低成本的有机光伏材料开辟了一条富有前景的新道路。
本研究工作由山东大学前沿化学研究院副研究员徐化君和博士研究生姜昕悦作为共同第一作者完成，高珂教授为通讯作者。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金多项面上及青年项目、泰山学者计划、山东省海外优青项目以及山东省青年科技人才托举工程等基金的大力支持。
