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有機光伏電池具有質(zhì)量輕、柔性、吸收光譜可調(diào)等優(yōu)勢，在室內(nèi)光應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。近幾年，有機光伏電池在室內(nèi)光下的光伏性能不斷提高，但有機半導(dǎo)體材料較大的能量無序度將導(dǎo)致更寬的態(tài)密度分布，嚴(yán)重限制了器件在弱光環(huán)境下的開路電壓和能量轉(zhuǎn)換效率，使其在實際應(yīng)用中面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。通過聚光技術(shù)，增大入射光通量可以有效抑制能量無序度對有機光伏電池室內(nèi)光性能的影響，但有機光伏電池在聚光環(huán)境中的光伏性能和器件穩(wěn)定性此前較少被報道。 

在國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院的支持下，化學(xué)所高分子物理與化學(xué)實驗室侯劍輝課題組基于三種經(jīng)典的活性層體系（PBDB-TF:Y6，PB2:FCC-Cl和PTB7-Th:PC₇₁BM）深入研究了能量無序度對弱光環(huán)境下有機光伏電池性能的影響，以及聚光環(huán)境中有機光伏電池的光伏特性。他們證明了聚室內(nèi)光可以有效抑制能量無序度的不利影響，同時提高器件的開路電壓和填充因子，實現(xiàn)更高的光伏效率。其中，基于PB2:FCC-Cl的器件在500 lux光照下具有29.0%的光伏效率；當(dāng)聚光至20000 lux時，該器件可實現(xiàn)33.0%的光伏效率，是所知相同條件下最高的室內(nèi)光性能。同時，由于室內(nèi)光的照明條件更加溫和，所有器件在聚室內(nèi)光下均表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。其中，PBDB-TF:Y6體系具有最穩(wěn)定的形貌特征，其器件在聚室內(nèi)光下的擬合T₈₀壽命（效率衰減至初始值的80%需要的時間）超過30000小時。此外，基于聚光的方式，由刮涂法制備的0.25 cm²的器件相比500 lux下的10 cm²大面積器件可實現(xiàn)更高的光伏效率和輸出功率。結(jié)合光波導(dǎo)聚光技術(shù)，他們證明了聚光有機光伏電池能夠兼具更低的制備難度和生產(chǎn)成本，在室內(nèi)光應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大的發(fā)展前景。相關(guān)成果近期發(fā)表在Joule期刊上 （Joule, 2023, DOI: 10.1016/j.joule.2023.04.003），論文第一作者為博士生王文璇，通訊作者為化學(xué)所崔勇副研究員。 

聚室內(nèi)光有機光伏電池兼具高性能、高穩(wěn)定性、易加工性和低成本特點