高效率半透明有机太阳能电池

有机太阳能电池以其独特的优点,如:成本低、质量轻、可溶剂加工、可以制成柔性器件和半透明器件等,受到了学术界和产业界的重视。尤其是,半透明有机太阳能电池在光伏建筑一体化和产能窗户等领域的美好应用前景引起了广泛兴趣。顾名思义,半透明太阳能电池在吸收光能转化为电能的同时能够让部分的可见光透过,从而保证一定的透过率。在各种光伏技术中,有机太阳能电池被认为是最适合制备半透明器件。

迄今为止,半透明有机太阳能电池的研究大多数集中在透明顶电极,而活性层的研究比较缺乏。半透明有机太阳能电池的活性层由给体和受体材料组成,通常是聚合物给体和富勒烯受体。由于富勒烯受体吸收很弱,基于富勒烯受体的半透明有机太阳能电池效率普遍较低,单结电池效率一般在4-6%,叠层电池效率在7-8%。

AM-zhanxiaowei

北京大学占肖卫教授课题组提出理想的半透明有机太阳能电池活性层应该具有强的近红外吸收和较弱的可见光吸收等特性。这种活性层能够充分地利用太阳光谱中近红外部分的辐射来发电,而在可见区保持较高透明度。基于这个想法,他们最近设计并合成了一个新的具有强近红外吸收的非富勒烯受体材料IHIC,其光学带隙为1.38 eV(吸收边898 nm),吸收峰处摩尔消光系数达到1.6 ´ 105 M–1 cm–1,单组份薄膜的电子迁移率达到2.4 × 10–3 cm2 V–1 s–1。由于窄带系聚合物给体PTB7-Th与IHIC能级匹配,且在近红外区域呈现较为互补的吸收,PTB7-Th被选择作为给体与IHIC共混制备半透明有机太阳能电池。基于PTB7-Th:IHIC的半透明有机太阳能电池取得了9.77%的能量转化效率,这个结果创造了半透明有机太阳能电池效率的新纪录。器件的平均可见光透过率为约36%,且具有优异的光稳定性。相关工作发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201701308)上。