南開大學&國家納米科學中心Science:突破PCE記錄的疊層有機太陽能電池

【引言】

相比起傳統的太陽能電池，有機太陽能電池具有柔性、透明度高、可大面積低成本印刷以及環境友好等特點，因此被認為是擁有巨大產業前景的新一代綠色能源技術。近年來，太陽能電池的發展突飛猛進，研究表面其光電轉換效率可達到15%左右。然而，限制于有機高分子材料自身的低載流子遷移率等因素，實現高效的太陽能-電能轉化依然是有機太陽能電池研究領域的核心難題。

【成果簡介】

國家納米科學中心的丁黎明研究員和南開大學的陳永勝教授、萬相見教授（共同通訊作者）等人合作通過實驗和理論模型相結合的模式，對材料和器件進行了優化設計，從而獲得了能夠更加有效利用光能的有機太陽能電池。該合作團隊首先利用半經驗分析理論預測了有機太陽能電池可達到的最高功率轉換效率（PCE）和活性層材料的參數要求，認為在合適的條件下有機太陽能電池的PCE可突破25%。以此模型為基礎，研究人員利用在可見光區域和近紅外區域具有良好互補吸收的PBDB-T:F-M和PTB7-Th:O6T-4F:PC71BM分別作為前電池和后電池的活性層材料，并采用與工業化生產相適應的溶液加工方法，制備得到了2終端的疊層有機太陽能電池，其PCE高達17.3%。這一研究所獲得的光電轉換效率刷新了目前已有文獻報道的有機太陽能電池最高效率，使得有機太陽能電池的產業化前景更加明朗。2018年9月14日，相關成果以題為“Organic and solution-processed tandem solar cells with 17.3% efficiency”的文章在線發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1 基于半經驗分析的2T疊層太陽能電池的PCE理論預測值

圖2 單結器件的分子結構及其光伏性能

圖3 疊層太陽能電池的光學模擬和光伏性能

圖4 疊層太陽電池性能與子電池厚度的關系

文獻鏈接：Organic and solution-processed tandem solar cells with 17.3% efficiency（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aat2612）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿，材料牛編輯整理。

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