高性能半透明有机太阳能电池

创新点：香港浸会大学朱福荣教授和上海大学团队结合理论模拟和实验，优化半透明有机太阳能电池（ST-OSCs）效率和透明度这两个相互竞争的参数，采用金纳米双锥和低/高介电常数叠层光耦合层结构，实现兼顾光敏层光吸收、器件透明度和显色性的最优化设计，获得了13.15%的能量转换效率和25.9%的平均可见光透过率的高性能ST-OSCs。

关键词：Advanced Science，半透明有机太阳能电池，金纳米双锥，近红外等离激元效应，光耦合层

基于有机小分子和聚合物的ST-OSCs具有大面积、低成本、材料选择丰富、轻便等优势，并且可以做成柔性、高显色性、半透明的形态。因此它们在自供电农业温室园艺和光伏建筑一体化等新型应用领域中展现了独特的优势，备受青睐。目前，ST-OSCs的发展仍面临着一个核心挑战，即如何同时优化器件的平均可见光透过率（AVT）和能量转换效率（PCE）这两个相互竞争的参数。这就对ST-OSCs在非可见光区的光利用率提出了更高的要求，尤其在目前仍未被高效利用的近红外区，亟需发展更高效的光捕获方法以提升ST-OSCs在近红外区的光吸收。

香港浸会大学朱福荣教授团队和上海大学团队合作针对ST-OSCs中高光学透过和高光电转换相互竞争的这一核心问题开展了系统的研究。首先，优化活性层中聚合物给体（PM6）和非富勒烯受体材料（BTP-eC9）的配比，增强活性层的近红外光吸收。其次，发展可溶液加工的基于金纳米双锥的空穴传输层，借助金纳米双锥诱导的局域表面等离激元共振效应和光散射效应进一步地提升活性层在近红外区的光学吸收。在ST-OSCs的顶电极上引入低/高介电常数的叠层光耦合层，优化器件的可见波段高透过率和近红外波段高反射率, 实现兼顾光敏层光吸收、器件透明度和显色性的最优化设计。结合实验优化和工艺集成，协同提升ST-OSCs在可见光区的透过率和在近红外区的光电转换效率，获得了PCE达到13.15%、AVT达到25.9%的高性能半透明光伏器件。

研究者相信，此项研究为发展高性能ST-OSCs提供了一个新的思路，在具有近红外光吸收能力的新型非富勒烯有机光伏材料不断涌现的基础上，通过发展不同类型的近红外光捕获手段并优化器件结构设计，可以有效解决半透明光伏器件的PCE和AVT两个相互竞争的参数，找到二者的平衡点，并同时提高ST-OSC 的显色性。相关结果发表在Advanced Science上。