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湖南日報·新湖南客戶端 2025-09-04 15:17:40
湖南日報·新湖南客戶端9月4日訊（通訊員 周如進）近日，南華大學機械工程學院李振業(yè)教授團隊在材料科學領域頂級期刊Advanced Materials上發(fā)表了重要研究成果。該研究創(chuàng)新性地利用單層MnPS3納米片輔助增強電池器件的激子擴散和電荷傳輸，制造出在100-300 nm光敏層厚度范圍具有超高膜厚耐受性（94.3%）的有機太陽電池，對推動有機太陽電池實現(xiàn)大規(guī)模卷對卷生產具有重要的科學價值。李振業(yè)教授為論文獨立第一作者、其指導的碩士研究生周如進為論文第二作者，李振業(yè)、曾德乾和賴寒健為論文共同通訊作者，南華大學機械工程學院為論文第一署名單位。
有機太陽電池具有輕質、柔性、低成本和透明等特性，在建筑物表面、野外便攜式設備（能源自給式帳篷與單兵作戰(zhàn)等軍用移動設施）的全方位能源供應中具有重要的應用前景。最近實驗室規(guī)模下有機太陽電池的功率轉換效率已超過20%，具備便攜式能源（例如軍用能源）的開發(fā)價值，進入產業(yè)化應用的前期階段。隨著有機太陽電池進入產業(yè)化應用的前期階段，如何實現(xiàn)當前有機太陽電池實驗室規(guī)模加工技術向工業(yè)規(guī)?！熬韺怼庇∷⒓庸ぜ夹g的轉換成為重點關注的問題。通常，為了滿足有機太陽電池“卷對卷”印刷大規(guī)模生產的要求，光敏層厚度必須達到≥300 nm量級。由于給/受體載流子遷移率較低，當前實驗室規(guī)模高效有機太陽電池光敏層的最優(yōu)厚度通常被限制在80-120 nm，增加光敏層厚度會加劇空間電荷積累、增強載流子復合，從而導致有機太陽電池的功率轉換效率顯著下降。
MnPS3納米片分子結構及其作用下有機太陽電池的光伏性能-膜厚依賴曲線
MnPS3納米片作用下有機太陽電池的激子擴散長度以及電荷傳輸動力學
為突破這一厚度-效率制約的根本性難題，本研究通過液相剝離法制備單層MnPS3納米片，借助多模態(tài)表征證實其可有效擴展激子擴散距離并提升面外電荷遷移率。單層MnPS3納米片輔助作用下基于PM6:Y6體系的有機太陽電池實現(xiàn)了19.53%（100 nm厚度）和18.41%（300 nm厚度）的破紀錄功率轉換效率，展現(xiàn)出94.3%的超高膜厚耐受性，創(chuàng)造了有機太陽電池領域的最高膜厚耐受性紀錄。該策略的普適性進一步在D18-Cl:L8-BO體系（100 nm / 300 nm厚度：20.45%/19.70%功率轉換效率）和D18:L8-BO體系（100 nm / 300 nm厚度：20.41%/19.62%功率轉換效率）得到驗證，其膜厚耐受性均超越現(xiàn)有的頂級有機太陽電池。此項工作為解決工業(yè)級有機太陽電池制造中光子捕獲與電荷提取的核心矛盾提供了普適性設計原則，為有機太陽電池實現(xiàn)商業(yè)化“卷對卷”印刷生產奠定了理論與實驗基礎，具有重要的科學意義和應用前景。
責編：周怡然
一審：周怡然
二審：彭國軍
三審：徐德榮
來源：湖南日報·新湖南客戶端
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