半透明有機太陽能電池
關注創建者：射線伽馬 創建時間：2019-02-19
半透明有機太陽能電池的實例教程
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?；谌w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。
展開 與無機半導體和鈣鈦礦材料相比，有機半導體具有不連續的吸收特性，這使得它們在制備半透明器件方面具有獨特的優勢。基于有機半導體材料的半透明有機太陽能電池可用于外窗玻璃、建筑立面等建筑表面，實現多樣化的能量轉換途徑。通常，半透明有機太陽能電池實際應用的臨界平均可見光透射率應大于25%，但由于光吸收和透射率之間的權衡，而高的平均可見光透射率總是會導致能量轉換效率的顯著下降。而對于理想的半透明有機太陽能電池器件，它應該充分利用不可見光子來最大化能量轉換效率，并最大化可見光子的透過以獲得高的平均可見光透射率和顯色指數。具有良好近紅外光子吸收的窄帶隙的半導體材料，顯示出巨大潛力。然而由于活性層材料固有的窄帶隙以及窄帶隙聚合物給體與目前高性能的受體（如IT-4F和Y6等）能級不匹配，大多數半透明有機太陽能電池表現出低的開路電壓，這被證明是限制器件性能提高的關鍵因素。因此，合理設計活性層材料以在不破壞透明度的情況下提高開路電壓和器件效率對于實現半透明有機太陽能電池的實際應用至關重要。
首先，針對這一難題，南昌大學陳義旺/諶烈教授研究團隊提出了一種新的設計概念，即使用具有低能級和重疊近紅外吸收的給體與受體組合，用于高性能的半透明有機太陽能電池。將氯、硫和氟官能原子引入到聚合物PCE10中，以降低所得聚合物給體的能級，得到了三個聚合物PCE10-2Cl、PCE10-SF和PCE10-2F。這些聚合物給體都顯示出比PCE10更低的能級。其中，與非富勒烯受體IT-4F具有重疊吸收的窄帶隙聚合物給體PCE10-2Cl不僅獲得了顯著提升的開路電壓，而且實現了與具有互補吸收的給-受體組合相當的光電流。
展開 基于全窄帶隙(ALL-NBG)半導體的半透明有機太陽能電池
南開大學化學學院陳永勝教授領銜的團隊在有機太陽能電池領域研究中獲突破性進展。他們設計和制備的具有高效、寬光譜吸收特性的疊層有機太陽能電池材料和器件，實現了17.3%的光電轉化效率，刷新了目前文獻報道的有機/高分子太陽能電池光電轉化效率的世界最高紀錄。這一最新成果讓有機太陽能電池距離產業化更近一步。介紹該研究的論文在線發表于國際頂級學術期刊《科學》（Science）上。
有機太陽能電池的柔性特征和本工作主要結果
有機太陽能電池產業前景可期
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有機太陽能電池是解決環境污染、能源危機的有效途徑之一，其在質輕、柔軟、半透明、可大面積低成本印刷、環境友好等方面都遠遠優于傳統太陽能電池，被認為是具有重大產業前景的新一代綠色能源技術。然而，實現高效率的太陽能電能轉化是有機太陽能電池研究的核心難題。而這一難題能否解決也直接決定著有機太陽能電池能否走出實驗室、走進人類的實際生產生活。
提高光電轉化效率瓶頸何在？
展開 有機光伏材料的高吸收系數和良好的延展性使電池非常薄(通常低于1um)，并顯示出與超薄聚合物箔基板的良好兼容性，這引起了極大的關注。
來自中科院寧波材料所的研究人員，在這里報道了超薄和超輕的有機太陽能電池（OSC），總厚度小于3um，在柔韌性和拉伸能力方面具有優異的機械性能。該OSC實現了15.5%的穩定功率轉換效率(PCE)和前所未有的32.07 W/g的單位重量功率(重量為4.83g·m-2)，這是迄今為止報道的基于超薄箔襯底的性能最好的OSC之一。三元策略引入了PC71BM分子非晶態構象的第三組分，可以在不降低電子遷移率的情況下，略微減少結晶和聚集，從而降低活性層的剛性和脆性?；钚詫友诱剐缘脑黾语@著提高了器件的機械靈活性，在200次拉伸-壓縮循環后，PCE保持率超過90%。此外，該三元器件在充滿N2的手套箱中儲存時表現出優異的穩定性，使得PCE即使在1000小時后仍保持超過95%的初始效率。這種超柔性和超輕質光伏箔構成了將電源集成到可延展電子紡織品的重要一步。相關論文發表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202102694
圖1.（a）超薄柔性OSC的器件結構。(b)包裹在直徑為0.12毫米的銅線上的超柔性器件的照片
圖2.(a)JSC和Voc對光強的依賴性。b)二元和優化的基于PC71BM的三元器件的Jph–Ve?曲線。
圖3.a)二元和三元混合膜的形態演變示意圖。
圖4.a)附著在預拉伸彈性體上的可拉伸超薄OSC的示意圖。
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半透明有機太陽能電池的相關專題、標簽、搜索
半透明有機太陽能電池的最新內容
有機光伏器件由于其良好的溶液加工性，可制備柔性器件，透明度和顏色可調等獨特優勢受到領域內研究人員的廣泛關注。其中，基于全聚合物的太陽能電池 (all-polymer solar cells) 由于其自身良好的力學性能和優異的器件穩定性，被認為是更有可能實現未來應用的光伏器件。然而，目前報道的高效率全聚合物太陽能電池 (PCE
基于全窄帶隙(ALL-NBG)半導體的半透明有機太陽能電池
近5年來，在有機吸光材料，特別是窄禁帶受體的快速發展的推動下，有機太陽能電池(OSCs)取得了前所未有的發展。通過對受體分子結構的精確調整，有機太陽能電池的短路電流密度(JSC)超過26 mA cm-2，fill因子超過80%。目前，由于較高的電壓損耗(Vloss)，有機太陽能電池(OSCs)的開路電壓(VOC)較低。提高窄禁帶受主的光致發光量子產率對于抑制有機太陽能電池中的非輻射電壓損失(ΔVn
近年來，有機太陽能電池(OSC)以其柔性、輕質、半透明和溶液可加工性等優點引起了人們的廣泛關注，其器件性能也取得了突飛猛進的進步，這主要得益于有源層材料，特別是非富勒烯受體(NFA)分子設計方面的創新，它可以有效地調節光電性能和分子堆積。然而，能量損耗大是制約有機太陽能電池(OSCs)功率轉換效率(PCE)的主要因素之一。 為此，來自浙江大學和武漢大學的學者對著名的Y系列非富勒烯受體BTP-4Cl
近年來，由于非富勒烯稠環電子受體Y6及其衍生物的成功開發，使有機太陽能電池（OSCs）的能量轉換效率（PCE）得到不斷突破，目前單節有機太陽能電池的PCE已超過18%。盡管如此，基于Y6類的非富勒烯受體因其獨特的3D網絡分子堆積方式，在實現更加高效的電荷傳輸的同時，也會帶來分子過度聚集的不利影響。Y6類受體分子的過度聚集通常會造成活性層相分離過大
基于有機半導體材料的半透明有機太陽能電池可用于外窗玻璃、建筑立面等建筑表面，實現多樣化的能量轉換途徑。通常，半透明有機太陽能電池實際應用的臨界平均可見光透射率應大于25%，但由于光吸收和透射率之間的權衡，而高的平均可見光透射率總是會導致能量轉換效率的顯著下降。
江西師范大學陳義旺教授、廖勛凡教授團隊報導了一種有效的器件制備策略，通過調節材料的溶解度和結晶性，使用綠色正交溶劑實現了高效平面異質結器件的成功制備，該結構可以最大程度地減少材料相容性以及制備過程對底層沖刷的影響，具有清晰的D/A接觸界面，并且兩層的獨立處理可提供最佳的自聚集形態，更有效的電荷傳輸通道以及良好的給受體包裝狀態
化石能源的加速消耗、能源需求的不斷增長以及環境污染的日趨嚴重正在迫使人們去探索和使用清潔的可再生能源。在眾多的可再生能源中，太陽能由于取之不盡、分布廣泛且清潔無污染等優點而廣受關注。在太陽能的利用中，通過半導體材料的光生伏打效應將光能直接轉換成電能的太陽能電池是太陽能利用的重要形式。其中，第三代太陽能電池技術，特別是有機太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池
近日，中科院化學所的宋延林研究員、喬雅麗研究員團隊開發了一種基于二維氣泡模板自組裝方法制備的透明銀網格電極，并實現高效柔性鈣鈦礦太陽能電池的制備。研究發現, 通過氣泡自組裝方法制備銀透明電極，可以實現銀納米粒子自下而上的緊密堆積與高效利用。半突起的銀網格結構通過擴散控制生長促進鈣鈦礦的均勻成核。同時，
輕薄柔有機太陽能電池（OSCs）一直是新一代電源最有前途的選擇之一，特別是對于可穿戴電子系統（如電子紡織品和合成皮膚）。有機光伏材料的高消光系數和良好的延展性容許電池變得非常?。ㄍǔ５陀?00nm），并且與超薄塑料襯底具有良好兼容性，這引起了科研人員的極大關注。目前，新材料和新工藝的不斷涌現，使得剛性OSCs的能量轉換效率
