有机太阳电池具有低价、柔性、半透明和色彩丰富等诸多优点，成为太阳电池研究领域的热点之一。然而，光电转换效率长期无法突破15%（商业化应用的标准）成为了该电池技术走向商业化应用的一大障碍。
密歇根大学Stephen R. Forrest教授研究团队整合液相旋涂和真空沉积工艺，设计制备了新型双结叠层有机太阳电池，具备紫外到近红外的极宽光谱响应范围，从而获得了高达15%的光电转换效率，刷新了有机太阳电池效率纪录，成为机太阳电池迈向商业化应用的一个重要里程碑。研究人员首先通过液相旋涂方法制备了基于非富勒烯的受体的单结有机太阳电池器件，接着利用真空气相沉积方法制备了富勒烯受体的单结有机太阳电池器件。紫外可见光谱测试结果显示，采用非富勒烯受体太阳电池其光谱响应的范围在600 nm到950 nm之间，而富勒烯受体电池光谱响应范围在400 nm到700 nm之间，两者刚好形成互补的光吸收区域，意味着两者结合就可以吸收可见光到近红外的宽光谱。为此，研究人员将上述两个电池进行串联构造叠层电池，其中非富勒烯受体太阳电池负责吸收可见光，而富勒烯受体电池负责吸收近红外光；同时结合界面优化工程在两个电池接触界面引入超薄的界面缓冲层以抑制界面电子复合，最终2 mm2的有效辐照面积叠层电池组件获得了15%的创纪录光电转换效率，更为关键的是该制备工艺具备极高成品率，达到 95%，即具有良好可扩展性，这对于将该制造工艺扩展到工业化生产意义重大。而两个单独的单结电池光电转换效率依次为10.7%（非富勒烯受体）和9.8%（富勒烯受体），远低于新型叠层电池。研究人员强调指出通过后续的工艺、材料改进，有望将该叠层有机太阳电池转换效率进一步提升到18%左右。
该项研究整合了多项电池制备工艺和设计优化，制备了新型的叠层有机太阳电池，大幅改善了电池的光谱响应范围，从而获得了创纪录的光电转换效率，且制备工艺具备优异的可扩展性，为有机太阳电池商业化应用奠定了关键技术基础。相关研究成果发表在《Nature Energy》 。
（郭楷模）
