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跨入20%的光伏效率新階段 化學(xué)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(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：7190

近期，中國科學(xué)院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)實驗室研究員侯劍輝課題組通過發(fā)展新型隧道結(jié)結(jié)構(gòu)，制備了一系列高效率疊層有機光伏電池。

　　【化工儀器網(wǎng) 項目成果】作為一種具有重要應(yīng)用潛力的新型光伏技術(shù)，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(zhuǎn)化效率(以下簡稱：光伏效率)對于推動領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義。由于可更加高效地利用太陽光，具有串聯(lián)疊層構(gòu)型的有機太陽能電池在實現(xiàn)高光伏效率方面具有突出優(yōu)勢。
 
　　盡管有機太陽能電池中使用非富勒烯受體 (NFA) 使功率轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率通常超過20%。這種差異的一個關(guān)鍵原因是有機太陽能電池相對于其光學(xué)帶隙具有較低的開路電壓，主要是因為非輻射復(fù)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(jié)同時承擔(dān)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(guān)重要的影響。因此，構(gòu)建高性能的隧道結(jié)是有機光伏電池方向的挑戰(zhàn)之一。
 
　　早在2021年12月就有報道，侯劍輝研究員團隊利用串聯(lián)式有機太陽能電池的先進互連層(ICL，由電子束蒸發(fā)的TiO x(e-TiO x)/PEDOT：PSS組成)首次實現(xiàn)了有機太陽能電池超過20%的效率。他們通過在隧道結(jié)中加入超薄金屬銀，基本消除了隧道結(jié)內(nèi)的非歐姆接觸(Adv. Mater. 2015, 27, 1189)；系統(tǒng)研究并優(yōu)化了隧道結(jié)、活性層組成對子電池光場分布的影響。并且當(dāng)時的e-TiO1.76/PEDOT:PSS也已經(jīng)達到界面整潔、高電導(dǎo)率、合適的能級和低肖特基勢壘，相應(yīng)的串聯(lián)OSC表現(xiàn)出高達20.27%的PCE。該研究結(jié)果標(biāo)志著有機太陽能電池領(lǐng)域20%時代的到來。
 
　　近期，中國科學(xué)院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)實驗室研究員侯劍輝課題組發(fā)現(xiàn)在電子束蒸發(fā)二氧化鈦的過程中，金紅石相的二氧化鈦可轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)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(diào)節(jié)了沉積物的化學(xué)組成、電子能級、相對介電常數(shù)和摻雜密度。在最佳條件下，基于e-TiO1.76/PEDOT:PSS隧道結(jié)的疊層有機太陽能電池的光伏效率超過了20%。該結(jié)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(fā)法制備的隧道結(jié)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(xué)院)
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