近日，《先進材料》(Advanced Materials)以“Highly Efficient Semitransparent Organic Solar Cells with Color Rendering Index Approaching 100”為題，在線報道了蘇州大學李永舫院士團隊的李耀文教授在制備高顯色指數半透明有機太陽能電池方面取得的重要研究進展(Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.201807159)，為推動有機太陽能電池在集成器件、光伏-建筑一體化（BIPV）中的應用提供了新途徑。

針對傳統硅基太陽能電池市場空間的局限性，有機太陽能電池的柔性、輕質、半透明等特點為BIPV領域的發展提供了契機，尤其是在光伏窗戶等方面具有顯著的優勢。半透明有機太陽能電池可通過改變活性層材料的帶隙、厚度、優化透明電極等方法實現光伏性能、半透明性和顏色的調控。其中，具有高顯色指數的半透明有機太陽能電池（即，透過電池看到的物體具有更真實的色彩）作為光伏窗戶更具有實際應用價值。然而，半透明有機太陽能電池的性能仍遠落后于不透明電池，這歸因于透過的光子無法被活性層吸收而導致的光電流損失。此外，半透明電池通常呈現出不同的色彩，降低了其可視性。基于此，蘇州大學李耀文教授等人通過利用三元活性層的光吸收互補功能以及介質鏡的光學精確調控功能，實現了高效率、高顯色指數半透明有機太陽能電池的制備。他們引入近紅外吸收非富勒烯材料（IHIC）作為受體以及兩個中帶隙材料（J71:PTB7-Th和PBDB-T:PTB7-Th）作為給體組成了三元活性層。通過對三元組分比例的精確調控，實現了光吸收互補，充分利用了近紅外波段的光，減少了活性層在可見光范圍內透過率的大幅度波動。進一步采用光學介質鏡精準調控透過光譜，在可見光范圍內獲得了較為水平的透過曲線。最終，半透明有機太陽能電池的顯色指數接近100、平均透過率超過20%，且光電轉換效率達到了9.37%。更為重要的是，該種策略具有很好的普適性，不但適用于不同的活性層體系，還適用于制備大面積、柔性半透明器件。

圖1(a) 半透明有機太陽能電池的器件結構和材料分子結構；(b)不同光活性層材料的吸收光譜；(c)不同共混膜的透過光譜；(d)半透明有機太陽能電池的透過光譜; (e)不同半透明有機太陽能電池在模擬光源AM 1.5G下的色坐標; (f)透過不同半透明有機太陽能電池拍攝的數碼照片。

從圖1可以看出，相比于兩元體系，三元體系具有更好的光吸收互補特性，有效抑制了在600-780 nm波長范圍內透過光的波動性，且三元體系的共混膜展現出更好的顯色性。進一步通過引入介質鏡精確反射380-600 nm范圍透過的光，可降低該區域的透過率，從而獲得較為水平（均一）的透過光譜。基于三元體系和介質鏡協同效應下制備的半透明有機太陽能電池具有很好的顯色性，顯色指數接近100，其色坐標接近模擬標準光源AM 1.5G。透過該半透明電池拍攝不同的畫面能夠很好保留原有的色彩。

圖2(a) 采用刮涂法制備的三元半透明有機太陽能電池以及模擬其替代玻璃應用在窗戶上；(b) 10 cm×10 cm的半透明有機太陽能電池其不同位置上的透過光譜（圖片上位置的顏色與透過曲線顏色一致）； (c)不同區域的9個半透明有機太陽能電池的效率統計圖。

為了進一步推動半透明有機太陽能電池走向實際應用，研究人員探索了該策略在大面積刮涂法中的適用性。如圖2所示，采用刮涂法制備的大面積半透明有機太陽能電池同樣具有優異的顯色性，通過測試和統計不同區域的透過光譜和器件效率發現，大面積電池表現出了很好的均一性和重復性，為在光伏窗戶上的應用提供了可能。他們還拓展了半透明有機太陽能電池在柔性電池中的應用。以網格銀/導電聚合物為復合柔性底電極制備的柔性半透明電池效率達到了8.76%，并保留了高顯色指數和透過率（圖3）。綜上所述，三元活性層和介質鏡的協同策略不僅可有效解決半透明有機太陽能電池效率偏低的難題，而且還能同時提高顯色指數和透過率。該策略在大面積和柔性半透明有機太陽能電池中的成功應用，極大的推動了半透明有機太陽能電池的商業化步伐，并為實現有機/鈣鈦礦太陽能疊層電池的制備打下了堅實的基礎。

圖3(a)柔性半透明有機太陽能電池的J-V曲線；(b) 有或沒有介質鏡的半透明有機太陽能電池的透過光譜圖，內部為拍攝的數碼照片。

該工作共同第一作者為蘇州大學碩士研究生張敬文，博士生許桂英，通訊作者為李耀文教授。該研究成果得到了國家自然科學基金面上項目（51673138）、重點國際(地區)合作研究項目（51820105003）、面向能源光電轉換重大研究計劃集成項目（91633301），江蘇省優秀青年基金（BK20160059）等項目的資助。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201807159