Advanced Science：高性能半透明有機太陽能電池最新進展

Alice123 1年前 (2022-07-24) 1557瀏覽

一、導讀

太陽能電池屬于光伏行業。太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光伏電池”，是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片。它只要被一定照度條件的光照到，瞬間就可輸出電壓，并能夠有回路的情況下產生電流。我國的光伏行業于2005年左右受歐洲市場需求拉動起步，十幾年來實現了從無到有、從有到強的跨越式大發展，建立了完整的市場環境和配套環境，已經成為我國為數不多、可以同步參與國際競爭并達到國際領先水平的戰略性新興產業，成為我國新能源經濟發展、推動我國能源變革的重要引擎。

二、成果掠影

近日，上海大學材料科學與工程學院鐘云波課題組，聯合上海大學材料基因組工程研究院王生浩課題組和香港浸會大學物理系有機電子卓越研究中心和先進材料研究所朱福榮課題組，在期刊Advanced Science上發表題為“High-Performance Semitransparent Organic Solar Cells:From Competing Indexes of Transparency and Efficiency Perspectives”。報告了以金納米雙錐體 (AuNBPs) 基空穴傳輸層和低/高介電常數雙層光耦合層的組合，在功率轉換效率（PCE）和平均可見光透射率（AVT）這兩個競爭指標上提高半透明有機太陽能電池的性能。通過使用低/高電介質恒定的雙層（OCL）提高可見光透明度，有助于同時將近紅外 (NIR) 光子反射回光敏層以進行光收集。實現了具有 13.15% 的高 PCE 和高 PCE 的高性能半透明有機太陽能電池AVT 為 25.9%。這項工作為半透明有機太陽能電池在自供電溫室和建筑集成光伏系統領域提供了更多機會。

三、核心創新點

  • 半透明有機太陽能電池的制造和表征在設計和分析水平上使用理論模擬和實驗優化得到指導。
  • 調整本體異質結中聚合物供體與非富勒烯受體的重量比，以實現由AuNBPs 誘導的 LSPR 實現的最大 NIR 吸收增強。
  • 半透明有機太陽能電池中的近紅外吸收增強是通過 AuNBPs 誘導的局部表面等離子體共振實現的（LSPR）。

四、數據概覽

圖1. a) PM6 和 BTP-eC9 薄膜的歸一化吸收光譜，AuNBPs 的消光光譜和消光光譜（紅色曲線），b) 歸一化吸收不同重量比的 PM6:BTP-eC9 共混膜的光譜圖BTP-eC9， c) 為具有 BHJ 的 ST-OSC 測量的 J-V 特性。? Year The Authors

圖2. a) LUE 的演變，b) ST-OSC 的 J-V 特性，，c) EQE光譜。? Year The Authors

圖3. 具有 BHJ 的 ST-OSC 內的電場強度分布，聚合物供體與非富勒烯受體的重量比（PM6 與 BTP-eC9）為 0.6:1.2。? Year The Authors

圖4.奈奎斯特圖，插圖：等效電路模型。以及TRPL 光譜圖。? Year The Authors

圖5. AFM 圖像測量 a) 原始 PEDOT:PSS HTL，b) 混合 AuNBPs-PEDOT:PSS HTL。c) 涂在原始 PEDOT:PSS HTL與d) 混合 AuNBPs-PEDOT:PSS HTL 上的 PM6:BTPeC9 混合層測量的 AFM 圖像。? Year The Authors

圖6. a) J-V 特性，b) 透射光譜，c) 具有 OCL 和不具有 OCL的優化CIE (x,y) 坐標，d) 照片為基于 AgNBPs具有 OCL 和沒有 OCL 的ST-OSC 拍攝的照片。? Year The Authors

五、成果啟示

綜上所述，理論模擬、實驗優化和實驗過程集成被用來最大化品質因數LUE（LUE = PCE × AVT），可以用于協助分析半透明有機太陽能電池（ST-OSC）的性能。應用了一種新的混合金納米雙錐體 (AuNBPs) 基材料以及低/高介電常數雙層 OCL，以提高 ST-OSC 在 PCE 和 AVT 這兩個競爭指標上的性能。 通過 AuNBPs 誘導的 LSPR、光散射和雙層 LiF/MoO3 OCL 的光耦合的綜合作用，基于 AuNBPs 的 ST-OSCs 獲得了 13.15% 的 PCE 和 25.9% 的 AVT。這項工作為開發高性能 ST-OSC 提供了實用的方法。

參考文獻：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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