南开大学&国家纳米科学中心Science:突破PCE记录的叠层有机太阳能电池

【引言】

相比起传统的太阳能电池，有机太阳能电池具有柔性、透明度高、可大面积低成本印刷以及环境友好等特点，因此被认为是拥有巨大产业前景的新一代绿色能源技术。近年来，太阳能电池的发展突飞猛进，研究表面其光电转换效率可达到15%左右。然而，限制于有机高分子材料自身的低载流子迁移率等因素，实现高效的太阳能-电能转化依然是有机太阳能电池研究领域的核心难题。

【成果简介】

国家纳米科学中心的丁黎明研究员和南开大学的陈永胜教授、万相见教授（共同通讯作者）等人合作通过实验和理论模型相结合的模式，对材料和器件进行了优化设计，从而获得了能够更加有效利用光能的有机太阳能电池。该合作团队首先利用半经验分析理论预测了有机太阳能电池可达到的最高功率转换效率（PCE）和活性层材料的参数要求，认为在合适的条件下有机太阳能电池的PCE可突破25%。以此模型为基础，研究人员利用在可见光区域和近红外区域具有良好互补吸收的PBDB-T:F-M和PTB7-Th:O6T-4F:PC71BM分别作为前电池和后电池的活性层材料，并采用与工业化生产相适应的溶液加工方法，制备得到了2终端的叠层有机太阳能电池，其PCE高达17.3%。这一研究所获得的光电转换效率刷新了目前已有文献报道的有机太阳能电池最高效率，使得有机太阳能电池的产业化前景更加明朗。2018年9月14日，相关成果以题为“Organic and solution-processed tandem solar cells with 17.3% efficiency”的文章在线发表在Science上。

【图文导读】

图1 基于半经验分析的2T叠层太阳能电池的PCE理论预测值

图2 单结器件的分子结构及其光伏性能

图3 叠层太阳能电池的光学模拟和光伏性能

图4 叠层太阳电池性能与子电池厚度的关系

文献链接：Organic and solution-processed tandem solar cells with 17.3% efficiency（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aat2612）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿，材料牛编辑整理。

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