Advanced Functional Materials:纤维网络策略(FNS)构筑高效率半透明有机太阳能电池

半透明有机太阳能电池在光伏建筑一体化、汽车玻璃、温室大棚、可穿戴电子设备等领域的潜在应用引起了工业界和科研界的广泛关注。衡量半透明有机太阳能电池性能的两个重要参数是可见光透过率(AVT)和光电转换效率(PCE)。目前,基于Y6及其衍生物电子受体材料的半透明有机光伏器件光电转换效率已经超过10%,但是对应的AVT偏低(一般小于25%)。AVT偏低的主要原因是大部分高效率半透明器件采用了可见光区吸收较强的聚合物给体材料。

近日,北京航空航天大学化学学院孙艳明教授课题组利用纤维网络策略(FNS)来构筑高效率和高透光性有机太阳能电池。该工作选用聚合物PBT1-C-2Cl为电子给体,Y6为电子受体。PBT1-C-2Cl聚合物具有较强的结晶性,在薄膜状态下易自组织形成纤维网络结构。这种纤维网络结构可以构建形貌框架,形成有效的空穴传输网络,而传输电子的Y6受体材料则贯穿于纤维网络之间,形成了理想的体相异质结双连续网络。研究发现,少量的PBT1-C-2Cl聚合物在共薄膜中仍然可以形成良好的纤维网络结构,这样既保证了空穴的快速传输,同时又大幅度降低了共混膜在可见光区的吸收。最终,在PBT1-C-2Cl/Y6比例为0.25:1时,半透明器件的光伏性能达到了最优,获得了40.1%的AVT,9.1%的光电转换效率和3.65%的光利用效率(LUE)。该LUE值也是目前有机半透明光伏器件的最高值之一。这项研究为构筑高效率、高透过率有机太阳能电池器件提供了一种新方法。

相关论文发表在Advanced Functional Materials,题目为“Fibril Network Strategy Enables High-Performance Semitransparent Organic Solar Cells” (DOI: 10.1002/adfm.202002181)。