跨入20%的光伏效率新阶段化学所制备出光伏效率超过20%的叠层有机光伏电池

2022年03月03日 10:56:49来源：化工仪器网作者：羊舌木点击：6977

　　【化工仪器网项目成果】作为一种具有重要应用潜力的新型光伏技术，有机光伏电池具有低成本、易于大面积制备的特点，提升有机光伏电池的光电能量转化效率(以下简称：光伏效率)对于推动领域发展具有重要意义。由于可更加高效地利用太阳光，具有串联叠层构型的有机太阳能电池在实现高光伏效率方面具有突出优势。

　　尽管有机太阳能电池中使用非富勒烯受体 (NFA) 使功率转换效率高达18%，然而，有机太阳能电池的效率仍然低于无机太阳能电池，后者的功率转换效率通常超过20%。这种差异的一个关键原因是有机太阳能电池相对于其光学带隙具有较低的开路电压，主要是因为非辐射复合的影响。在叠层有机光伏电池中，用于连接前、后子电池的隧道结同时承担了透光、电荷收集、阻挡溶剂等功能，对于叠层光伏电池的光伏效率具有至关重要的影响。因此，构建高性能的隧道结是有机光伏电池方向的挑战之一。

　　早在2021年12月就有报道，侯剑辉研究员团队利用串联式有机太阳能电池的先进互连层(ICL，由电子束蒸发的TiO x(e-TiO x)/PEDOT：PSS组成)首次实现了有机太阳能电池超过20%的效率。他们通过在隧道结中加入超薄金属银，基本消除了隧道结内的非欧姆接触(Adv. Mater. 2015, 27, 1189)；系统研究并优化了隧道结、活性层组成对子电池光场分布的影响。并且当时的e-TiO1.76/PEDOT:PSS也已经达到界面整洁、高电导率、合适的能级和低肖特基势垒，相应的串联OSC表现出高达20.27%的PCE。该研究结果标志着有机太阳能电池领域20%时代的到来。

　　近期，中国科学院化学研究所高分子物理与化学实验室研究员侯剑辉课题组发现在电子束蒸发二氧化钛的过程中，金红石相的二氧化钛可转化为非晶态薄膜。该薄膜不仅均匀致密，还具有较好的耐酸性。因此，聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)可通过溶液法在其表面形成光滑、致密的薄膜。进一步，课题组通过精确控制补氧速率，有效调节了沉积物的化学组成、电子能级、相对介电常数和掺杂密度。在最佳条件下，基于e-TiO1.76/PEDOT:PSS隧道结的叠层有机太阳能电池的光伏效率超过了20%。该结果得到了中国计量院验证，使有机光伏电池正式跨入20%的光伏效率新阶段。

图：利用电子束蒸发法制备的隧道结制备效率为20.2%的叠层有机太阳能电池

　　(资料来源：中国科学院)

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