Advanced Energy Materials:光伏共享——柔性半透明有机太阳能电池

近年来,有机太阳能电池(OSCs)的光电转换效率(PCE)获得了大幅度提升。其轻质、低成本、柔性化、半透明等特性在未来的多功能自供电温室、建筑光伏一体化等方面的潜在应用更是引起了人们的广泛关注。因此,柔性半透明有机太阳能电池(FST-OSCs)的研究成为一个热点。传统的FST-OSCs一般基于ITO塑料衬底,然而ITO在塑料基板上存在机械脆性和透光性差等问题。为了满足一些特殊的三维曲面应用(如自供电温室屋顶),除了需要考虑FST-OSCs的PCE和可见光范围平均透过率(AVT),还需要考虑机械可弯曲性。开发高透过率高且机械柔韧性强的柔性透明电极和选择近红外区吸收强的光伏材料是实现高性能FST-OSCs的有效途径。

近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员团队在高效OSCs领域取得新进展,通过多羟基化合物掺杂和酸处理制备高性能的柔性透明电极,获得了PCE超过10%且AVT超过20%的FST-OSCs。构建应用于模拟温室屋顶,能够达到商业应用PCE的同时还可以促进经济农作物的生长,实现光伏共享。

科研人员通过在PEDOT:PSS中掺杂多羟基化合物调控导电薄膜和衬底之间的界面结合,可以很好提高导电薄膜的机械柔韧性,导电率和光透过率。相比传统的ITO/PET柔性透明电极,在400-550 nm波长范围内展现出很好的光学性能。基于PM6:Y6的光活性层,获得了PCE超过14%的柔性OSCs。通过调控顶电极Ag的厚度,构建了FST-OSCs,透射光谱显示器件在400-550 nm波段内透光率较高,这与绿色植物的主要成分叶绿素的吸收光谱非常匹配。由于柔性透明电极机械弯曲性能的提高,FST-OSCs经过1000次连续折叠后测试,仍能保持初始PCE的84%,可以很好的应用于农业温室大棚。进一步构建应用于模拟温室屋顶,在能够获得达到商业应用PCE的同时还可以促进经济农作物的生长,温室内农作物的长势和太阳光下长势相似,实现光伏共享,这对未来FST-OSCs在光伏农业温室大棚中的应用具有一定的指导意义。

该工作以“Foldable Semitransparent Organic Solar Cells for Photovoltaic and Photosynthesis”为题发表在国际期刊Advanced Energy Materials上(DOI:10.1002/aenm.202000136)。葛子义研究员为本文同通讯作者,博士生宋伟和Billy Fanady为本文共同一作。