柔性彩色半透明有機聚合物太陽能電池取得突破性成果

▲ 圖1 電池結構以及所用活性層材料分子式

近年來，有機聚合物太陽能電池在高效活性層材料和器件結構上取得了突破性進展，光電轉換效率獲得了大幅度提升。其輕質、廉價、可彎曲、半透明等特性在未來的可穿戴能源、建築一體化光伏能源（BIPV）等方面的潛在應用更是引起了人們的廣泛關注。因此，柔性、半透明有機聚合物太陽能電池的研究成為一個熱點。

然而，由於傳統的透明頂電極與活性層之間不能形成良好的電學接觸以及活性層對透過的光吸收不充分等因素導致柔性半透明電池效率較低。針對這個難題，蘇州大學李永舫院士團隊的李耀文副教授等人設計了一種如圖1所示的反型結構半透明太陽能電池，提出了通過發展高性能Au/Ag超薄複合透明頂電極和引入介電鏡的方法來分別提高半透明電池的電學接觸以及增強活性層對光的再次吸收，從而實現電池性能的提高。通過研究他們發現，在0.8nmAu上生長的15 nm Ag超薄透明頂電極的透過率、緻密性和電導率上均優於傳統超薄金屬電極，如圖2所示。

▲ 圖2 Au/Ag超薄複合電極生長機理以及不同電極的透過率曲線和面電阻。

因此，基於此複合電極製備的半透明電池效率和重複性均獲得了大幅度提升。更值得一提的是，這種緻密的複合透明電極有利於一維結構介電鏡的生長，因此可以通過調節介電鏡的厚度來精準調控不同活性層的最大反射波長，使活性層對可見光的吸收達到最大，進而實現電池效率的顯著提升。他們也首次提出通過引入不同帶隙活性層、以及結構精確調控的介電鏡來實現半透明電池顏色的調控，並將此概念應用在了柔性太陽能電池中，製備了彩色柔性半透明電池。最終，基於PTB7-Th:PC71BM活性層的玻璃半透明電池效率達到了7%，可見光範圍內平均透過率12.2%；柔性半透明太陽能電池效率達到了6.4%，可見光範圍內平均透過率11.5%，研究成果達到了世界領先水平。該研究工作為柔性、半透明太陽能電池的發展拓展了新思路，具有重要的啟示性意義。

▲圖3 以PTB7-Th為活性層的傳統玻璃器件以及柔性器件的性能曲線

相關結果近日發表在國際著名期刊AdvancedFunctional Materials上 [Guiying Xu,Liang Shen, Chaohua Cui,Shanpeng Wen, Rongming Xue, Weijie Chen,Haiyang Chen, Jingwen Zhang, HongkunLi, Yaowen Li,* and YongfangLi*, Advanced Functional Materials, 2017,DOI:10.1002/adfm.201605908]。該工作由蘇州大學李永舫院士團隊完成，通訊作者李永舫院士和李耀文副教授，第一作者為博士生許桂英；該研究得到了國家重大研究計劃集成項目（91633301）、國家自然科學基金面上項目（51673138）、江蘇省優秀青年基金（BK20160059）等項目的資助和支持。

來源：高分子科學前沿

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