柔性、半透明有机太阳能电池的发展及展望

有机太阳能电池由于其廉价、轻质、可弯曲和半透明等特性在未来的可穿戴能源、建筑一体化光伏能源等方面的有着十分广泛的应用前景,因此柔性、半透明器件引起了人们的广泛关注。近年来,围绕开发新型柔性底部或顶部透明电极、设计高性能光活性层材料、合成可低温加工的界面层材料和发展新型的器件结构等研究工作均取得了显著的进展。目前,柔性有机太阳能电池和半透明有机太阳能电池的最高效率分别达到了10%和7.7%(透过率高达37%)。

近期,来自苏州大学李永舫院士团队的李耀文副教授、崔超华副教授等人对目前柔性半透明有机太阳能电池的最新研究成果进行了归纳总结。在柔性太阳能电池方面,文章总结了近年来广泛研究的柔性透明底电极材料,包括:ITO、导电高分子、银纳米线、石墨烯、碳纳米管、超薄金属和金属线等。在半透明太阳能电池方面,文章不仅归纳了影响半透明太阳能电池性能的关键因素——高电导率和高透过率透明顶电极,而且还总结了实现高显色指数、高自然光指数的半透明电池的制备方法,包括:活性层材料设计、光学工程等。最后,文章还概括介绍了近年来柔性、半透明钙钛矿太阳能电池的发展。

对于柔性、半透明太阳能电池未来的未来发展,作者提出了自己的看法:(1)引入高稳定性、耐弯曲、高性能非富勒烯或全聚合物光吸收活性层材料;(2)开发低面电阻、表面平整的新型柔性电极; (3)探索具有低缺陷态、高导电率、可低温加工,以及与活性层材料和电极功函匹配的界面层材料;(4)建立标准的柔性太阳能电池的弯曲测试方法,来准确评估器件的耐弯曲性(作者建议,应该在5 mm弯曲半径,1000次弯曲循环周期后,器件效率应至少保持初始效率的80%)。在半透明电池方面,作者认为:(1)继续发展高透过率和高电导率透明电极;(2)合成在近红外区有强吸收的高效活性层;(3)利用光学工程设计来实现对太阳光的再次利用,以及对电池显色指数、自然光指数进行调控。作者相信在不远的将来,柔性、半透明电池将在有机太阳能电池的商业化进程中扮演者非常重要的角色。

相关综述文章发表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201701791)上,本文的作者依次为李耀文副教授、许桂英博士、崔超华副教授和李永舫院士。