有机光伏（OPV）电池凭借轻量化、可弯折、高比功率的独特优势，是深空发电领域极具潜力的新型技术方案，但该器件在深空极端环境下的实际应用与机理研究仍处于起步阶段。针对这一现状，中国科学院化学研究所侯剑辉、崔勇等人开展系统性研究，深入探究了OPV电池在深空极端工况下的工作机理与性能演变规律。
研究结果表明，低温环境会显著重塑有机光伏电池的本征能级结构与电荷动力学特性：随着环境温度降低，电池内部态密度分布收窄，准费米能级分裂程度增大，有效提升了器件的开路电压。但低温工况会降低激子解离驱动力，从根本上制约激子解离效率与电荷输运能力，成为限制低温下OPV电池光电性能提升的核心瓶颈。这一发现明确指出，开发具备更强激子解离驱动力的新一代活性层材料，是保障低温深空环境下器件高效电荷生成、突破性能上限的关键方向。
研究同时证实，可通过界面偶极效应加速电荷抽取的阴极界面层（CIL）材料，赋予了器件优异的低温耐受性能，能够有效适配深空低温极端工况。严苛测试结果显示，在80 K超低温、10%标准太空（AM0）辐照强度的极端条件下，优化后的OPV电池仍可保留82%以上的初始光电转换效率（PCE）。除此之外，研究团队以聚酰亚胺（PI）为基底制备的柔性OPV器件，展现出极佳的低温力学稳定性与抗疲劳性能，在80 K低温环境下完成1000次弯折循环后，器件效率保留率仍超过90%，充分适配深空探测的复杂力学与温度环境。
综上，该研究系统阐释了OPV电池在火星至土星等深空场景对应的低温低光强（LILT）环境下的完整工作机制，精准厘清了该特殊工况中电荷产生、抽取过程的核心性能制约因素。相关成果从底层机理层面揭示了深空工况下有机光伏器件的核心工作规律，为后续设计、研发高效、耐用、环境适应性强的深空光伏供电系统，提供了重要的理论支撑与明确的器件设计指导原则。
Organic Photovoltaic Cells for Reliable Energy Generation in Deep Space Environments
Shuohan Cheng, Yong Cui, Yang Xiao, Zhihao Chen, Zheng Zou, Haoyu Yuan, Tao Zhang, Guanlin Wang, Wenye Xu, Ni Yang, Lijiao Ma, Shaoqing Zhang, Feng Gao, Jianhui Hou
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.73628
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