在国家自然科学基金项目（批准号：51922056、51921005）资助下，清华大学电机系李琦副教授、何金良教授课题组在高温介电储能研究领域取得创新成果，相关研究成果以“用于高温介电储能的聚合物/分子半导体全有机复合材料（Polymer/molecular semiconductor all-organic composites for high-temperature dielectric energy storage）”为题，于2020年8月6日在线发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-17760-x。
聚合物薄膜电容器具有介电强度高、能量损耗低以及自愈性好等优点，在全球工业电容器市场占有率高于其它类型电容产品。然而，聚合物介电材料的绝缘性能对温度极其敏感，在高温、高电场作用下，泄漏电流呈指数上升，放电效率急剧下降，最终造成电容器过热损坏。薄膜电容器介电材料已成为高温电子器件和设备的技术瓶颈。
该团队采用了一种新的技术路线：利用有机光伏中电子受体材料的强得电子能力实现了在高温聚合物中构筑深电荷陷阱。这种有机分子半导体型的电子受体材料具有极高的电子亲和能，被广泛应用于有机光伏中激子在异质结界面高效分离。它们可通过其表面静电势分布的极不均匀特性对自由电子产生强束缚作用。该团队通过向耐热聚合物中掺杂极少量高电子亲和能半导体有机分子制备了全有机复合高温介电材料。基于这种材料的全有机复合薄膜不仅具有明显更优的高温储能性能（200摄氏度、放电效率90%以上的能量密度是目前最好的聚合物高温介电材料的2.3倍），还解决了传统有机-无机复合体系中高表面能粒子分散不均和引入界面缺陷等问题，在薄膜品质和规模化制备等方面具有显著优势。
该研究为大幅提升聚合物高温介电性能，实现高温、高能量密度薄膜电容器的工程应用提供了一种新的思路。
图. 聚合物-分子半导体复合体系能级与电荷转移原理、静电势分布与性能表征