Advanced Science：高性能半透明有机太阳能电池最新进展

金爵 2年前 (2022-07-24) 2153浏览

一、导读

太阳能电池属于光伏行业。太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光伏电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压，并能够有回路的情况下产生电流。我国的光伏行业于2005年左右受欧洲市场需求拉动起步，十几年来实现了从无到有、从有到强的跨越式大发展，建立了完整的市场环境和配套环境，已经成为我国为数不多、可以同步参与国际竞争并达到国际领先水平的战略性新兴产业，成为我国新能源经济发展、推动我国能源变革的重要引擎。

二、成果掠影

近日，上海大学材料科学与工程学院钟云波课题组，联合上海大学材料基因组工程研究院王生浩课题组和香港浸会大学物理系有机电子卓越研究中心和先进材料研究所朱福荣课题组，在期刊Advanced Science上发表题为“High-Performance Semitransparent Organic Solar Cells:From Competing Indexes of Transparency and Efficiency Perspectives”。报告了以金纳米双锥体 (AuNBPs) 基空穴传输层和低/高介电常数双层光耦合层的组合，在功率转换效率（PCE）和平均可见光透射率（AVT）这两个竞争指标上提高半透明有机太阳能电池的性能。通过使用低/高电介质恒定的双层（OCL）提高可见光透明度，有助于同时将近红外 (NIR) 光子反射回光敏层以进行光收集。实现了具有 13.15% 的高 PCE 和高 PCE 的高性能半透明有机太阳能电池AVT 为 25.9%。这项工作为半透明有机太阳能电池在自供电温室和建筑集成光伏系统领域提供了更多机会。

三、核心创新点

  • 半透明有机太阳能电池的制造和表征在设计和分析水平上使用理论模拟和实验优化得到指导。
  • 调整本体异质结中聚合物供体与非富勒烯受体的重量比，以实现由AuNBPs 诱导的 LSPR 实现的最大 NIR 吸收增强。
  • 半透明有机太阳能电池中的近红外吸收增强是通过 AuNBPs 诱导的局部表面等离子体共振实现的（LSPR）。

四、数据概览

图1. a) PM6 和 BTP-eC9 薄膜的归一化吸收光谱，AuNBPs 的消光光谱和消光光谱（红色曲线），b) 归一化吸收不同重量比的 PM6:BTP-eC9 共混膜的光谱图BTP-eC9， c) 为具有 BHJ 的 ST-OSC 测量的 J-V 特性。© Year The Authors

图2. a) LUE 的演变，b) ST-OSC 的 J-V 特性，，c) EQE光谱。© Year The Authors

图3. 具有 BHJ 的 ST-OSC 内的电场强度分布，聚合物供体与非富勒烯受体的重量比（PM6 与 BTP-eC9）为 0.6:1.2。© Year The Authors

图4.奈奎斯特图，插图：等效电路模型。以及TRPL 光谱图。© Year The Authors

图5. AFM 图像测量 a) 原始 PEDOT:PSS HTL，b) 混合 AuNBPs-PEDOT:PSS HTL。c) 涂在原始 PEDOT:PSS HTL与d) 混合 AuNBPs-PEDOT:PSS HTL 上的 PM6:BTPeC9 混合层测量的 AFM 图像。© Year The Authors

图6. a) J-V 特性，b) 透射光谱，c) 具有 OCL 和不具有 OCL的优化CIE (x,y) 坐标，d) 照片为基于 AgNBPs具有 OCL 和没有 OCL 的ST-OSC 拍摄的照片。© Year The Authors

五、成果启示

综上所述，理论模拟、实验优化和实验过程集成被用来最大化品质因数LUE（LUE = PCE × AVT），可以用于协助分析半透明有机太阳能电池（ST-OSC）的性能。应用了一种新的混合金纳米双锥体 (AuNBPs) 基材料以及低/高介电常数双层 OCL，以提高 ST-OSC 在 PCE 和 AVT 这两个竞争指标上的性能。 通过 AuNBPs 诱导的 LSPR、光散射和双层 LiF/MoO3 OCL 的光耦合的综合作用，基于 AuNBPs 的 ST-OSCs 获得了 13.15% 的 PCE 和 25.9% 的 AVT。这项工作为开发高性能 ST-OSC 提供了实用的方法。

参考文献：Tao Xu, Yiran Luo, Shiwei Wu, et al. High-Performance Semitransparent Organic Solar Cells:From Competing Indexes of Transparency and Efficiency Perspectives. Adv. Sci. 2022, 2202150.

作者：金爵

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