Nature Energy:宽间隙非富勒烯受体实现室内高性能有机光伏电池-北极星太阳能光伏网

投稿

我要投稿

研究背景

1、低功耗电子设备需要大量的离网能源，能够有效地将室内环境中的低强度光转换成兆瓦级到微瓦级电力的光伏电池是驱动低功耗装置的理想能量来源方式。

2、常用室内光源（如荧光灯和发光二极管（LED））的发射光谱通常在400到700nm之间，强度小于1mWcm-2，光谱范围较窄，强度低于标准太阳光谱，针对太阳光转化利用的光伏电池不适用于室内有效的光电转化。

3、有机光伏（OPV）电池和染料敏化太阳能电池，在标准太阳能照明下效率不如晶体硅电池，但高度可调的光吸收特性使其有希望应用于室内光电转化；而与染料敏化太阳能电池相比，OPV电池能通过溶液印刷和涂覆技术制备而降低成本，在大面积模块中居于更好的优势，从而更具商业前景。

4、虽然OPV在驱动室内使用的低功耗离网电子设备方面具有巨大的潜力，但是其功率转换效率仍然受到较大的开路电压的损耗以及非最佳吸收光谱的室内照明的限制。

（来源：微信公众号“学研汇”ID：i-xueyan）

先思考一个问题

1、如果OPV电池想要在室内光条件下获得优异的光伏性能，应该具备什么样的特性？

这个问题很关键，上面的研究背景，基本这个领域的研究工作者基本都知道，都可以写出来，但是最为关键的核心便是这个问题，每个人的看法、理解不一样，切入点是不同的，论文的框架思路也会千差万别，接下来看一下，这篇Nature Energy是如何进行剖析的！

OPV电池想要在室内光条件下获得优异的光伏性能，应具有以下特性：

1）应具有与室内光源匹配的光响应光谱和高外部量子效率（EQE），以便有效地将入射光转换成电流以及最小化光生电荷的热化

2）因为低入射光强度导致低载流子密度，其中陷阱介导的重组变得至关重要，所以必须有效地抑制陷阱介导的电荷重组

3）为使VOC最大化，OPV电池的能量损失（Eloss=Eg-qVOC，其中Eg是带隙，q是基本电荷，VOC是开路电压）应该尽可能低

4）在标准AM 1.5G 条件下OPV电池可以获得小于0.60 eV的能量损失，但是光强度显着降低会导致额外电压损失为~0.2V，因此对于具有1.8eV的Eg的OPV电池，其VOC应该为1.0V才可以适用于室内装置，目前在室内光照条件下，最好的OPV电池的VOC值均低于0.8V，这限制了能量转化效率

综上所述，需要开发新的OPV材料，能够提供合适的吸收光谱的同时，也具有低Eloss和最小化的陷阱介导的电荷重组

本文采取的思路及效果

1、低能量损失，本文设计了一种名为IO-4Cl的非富勒烯受体，并将其与一种名为PBDB-TF的聚合物供体混合，获得其吸收光谱与室内光源相匹配的光活性层，光伏特性显示其具有低于0.60eV的低能量损失

2、优越的能量转换效率，在1000勒克斯（2,700K）的发光二极管照度下，使用其制备的有机光伏电池（1cm2）为开路电压为1.10V，具有26.1％的能量转换效率。

3、出色的稳定性，在室内光源连续照明1000小时仍保持其初始光伏性能。

图文赏析