科技日报记者 吴长锋

记者从中国科大获悉，该校微尺度物质科学国家研究中心罗毅教授领导的研究小组江俊教授利用第一性原理计算，提出了首个自适应开关的有机分子太阳能电池设计，该方案具有低成本、高效、自适应的优点。相关成果日前发表在国际著名的《物理化学快报》上。

太阳能电池是极具前景的新能源技术。基于有机分子的太阳能电池具有材料来源广泛、价格便宜、工艺简单、柔韧性好、易于大规模生产、轻薄柔软易携带，而且可降解，对环境污染小等有点。然而，长期以来有机分子太阳能电池的光电转换效率不高，与无机半导体太阳能电池相比仍有较大差距。这是由于有机分子的载流子迁移率较低，含能的激发态电子往往被束缚在同一个小分子里，使得未经彻底分离的电子和空穴很容易发生复合，从而大大降低了最终的光电转换效率。

江俊课题组基于第一性原理，模拟进行结构设计以调控电子被光激发后演化行为。而在这次的单分子有机太阳能电池中，光开关分子偶氮苯被插入到一个典型的给体-受体体系中，组成一个给体-光开关-受体体系。第一性原理计算表明，这一研究体系通过巧妙的设计抑制了有机太阳能电池中的电荷复合过程，实现了高效的电荷分离和分子导电性的自动切换。并且，其他光开关分子和给体-受体体系也可以用于这一复合体系中。

这一设计采用有机物小分子作为材料，解决了有机太阳能电池中容易发生电荷复合和导电性无法切换的问题，是世界首个自适应开关的有机太阳能电池设计。为低成本、易合成的有机分子体系大规模用于太阳能电池、光催化等领域打开了大门。