全溶液法制备的小分子半透明太阳能电池

有机太阳能电池作为下一代廉价、清洁和可再生的电池技术,其具有可溶液加工、柔性、轻质、物化性能易调节、基材形状自由和半透明等优点,受到了广泛重视并得到了迅速发展。为了达到商业化和产业化,有机太阳能电池不仅必须展示出传统太阳能电池的高光伏性能和高稳定性能,而且需要表现出光伏应用的独特优势,如柔性太阳能电池和透明光伏电池等。由于光伏建筑一体化装置(如窗户、外墙和天台等)日益增长的需求和很好的发展前景,透明或半透明有机太阳能电池被认为是最高优先级的下一代太阳能电池市场,因而变得越来越重要。基于在电池光敏层中应用的给体材料,有机太阳能电池可以分为两类:聚合物太阳能电池和小分子太阳能电池。近年来聚合物太阳能电池的能量转化效率和半透明电池的开发应用获得了极大的进步。尽管如此,与优先发展的聚合物相比,有机小分子具有分子结构明确、纯度高和不存在批次问题等特点,因而越来越受到重视,其能量转化效率已超过10%,赶上了聚合物太阳能电池的水平。但是,由于缓冲层和电极材料种类相对较少以及电池结构的单一,迄今为止全溶液可加工的小分子半透明太阳能电池并未有研究报道。因此,设计开发有效的小分子半透明电池不仅具有很大的挑战,而且展现出极大的应用前景。

AFMminjie

最近,德国埃尔朗根-纽伦堡大学闵杰博士等通过利用氧化锌颗粒(ZnO)材料和一种以氮氧化物为末端基团的苝酰亚胺材料(PDINO)作为复合缓冲层,并利用银纳米线(AgNW)作为透明电极,首次成功地构建出了一个全溶液法制备的小分子半透明器件结构。这种复合缓冲层不仅能够作为有效的阴极缓冲层,而且能够对光敏层起到保护作用。在此基础上,四种不同颜色的小分子体系,包括了N(Ph-2T-DCN-Et)3、BDTT-S-TR、SMPV1和UU07,被应用于这一半透明电池结构。这些半透明电池不仅具有极好的可见光透明性,而且展现出预期的光伏性能。通过器件结构和基于BDTT-S-TR活性层厚度的优化,成功地获得了全溶液法制备的小分子半透明太阳能电池的效率最高值,达到了3.62%的光电转化效率。

此项研究表明小分子具有极大的潜能应用于半透明太阳能电池,构建出多姿多彩的发电窗以及其他光伏建筑一体化装置;而且在商业应用上使得小分子电池能够与其他下一代太阳能电池和无机光伏技术相竞争。相关结果发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201505411)上。