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跨入20%的光伏效率新階段 化學所制備出光伏效率超過20%的疊層有機光伏電池
2022年03月03日 10:56:49
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：7173
近期，中國科學院化學研究所高分子物理與化學實驗室研究員侯劍輝課題組通過發展新型隧道結結構，制備了一系列高效率疊層有機光伏電池。
【化工儀器網 項目成果】作為一種具有重要應用潛力的新型光伏技術，有機光伏電池具有低成本、易于大面積制備的特點，提升有機光伏電池的光電能量轉化效率(以下簡稱：光伏效率)對于推動領域發展具有重要意義。由于可更加高效地利用太陽光，具有串聯疊層構型的有機太陽能電池在實現高光伏效率方面具有突出優勢。
盡管有機太陽能電池中使用非富勒烯受體 (NFA) 使功率轉換效率高達18%，然而，有機太陽能電池的效率仍然低于無機太陽能電池，后者的功率轉換效率通常超過20%。這種差異的一個關鍵原因是有機太陽能電池相對于其光學帶隙具有較低的開路電壓，主要是因為非輻射復合的影響。在疊層有機光伏電池中，用于連接前、后子電池的隧道結同時承擔了透光、電荷收集、阻擋溶劑等功能，對于疊層光伏電池的光伏效率具有至關重要的影響。因此，構建高性能的隧道結是有機光伏電池方向的挑戰之一。
早在2021年12月就有報道，侯劍輝研究員團隊利用串聯式有機太陽能電池的先進互連層(ICL，由電子束蒸發的TiO x(e-TiO x)/PEDOT：PSS組成)首次實現了有機太陽能電池超過20%的效率。他們通過在隧道結中加入超薄金屬銀，基本消除了隧道結內的非歐姆接觸(Adv. Mater. 2015, 27, 1189)；系統研究并優化了隧道結、活性層組成對子電池光場分布的影響。并且當時的e-TiO1.76/PEDOT:PSS也已經達到界面整潔、高電導率、合適的能級和低肖特基勢壘，相應的串聯OSC表現出高達20.27%的PCE。該研究結果標志著有機太陽能電池領域20%時代的到來。
近期，中國科學院化學研究所高分子物理與化學實驗室研究員侯劍輝課題組發現在電子束蒸發二氧化鈦的過程中，金紅石相的二氧化鈦可轉化為非晶態薄膜。該薄膜不僅均勻致密，還具有較好的耐酸性。因此，聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)可通過溶液法在其表面形成光滑、致密的薄膜。進一步，課題組通過精確控制補氧速率，有效調節了沉積物的化學組成、電子能級、相對介電常數和摻雜密度。在最佳條件下，基于e-TiO1.76/PEDOT:PSS隧道結的疊層有機太陽能電池的光伏效率超過了20%。該結果得到了中國計量院驗證，使有機光伏電池正式跨入20%的光伏效率新階段。
圖：利用電子束蒸發法制備的隧道結制備效率為20.2%的疊層有機太陽能電池
(資料來源：中國科學院)
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