聚合物太陽能電池,作為下一代可再生能源技術(shù)的重要候選者之一,具備低成本,質(zhì)量輕,可柔性大面積制備等優(yōu)勢(shì),受到了人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾暋_^去十年里,聚合物太陽能電池的發(fā)展很快,其最高能量轉(zhuǎn)換效率由7%提高到了17%。
為了克服單節(jié)聚合物太陽能電池的局限性,人們發(fā)明了串聯(lián)聚合物太陽能電池。最近,得益于非富勒烯受體的發(fā)展,串聯(lián)聚合物太陽能電池的研究進(jìn)展很快,但其能量轉(zhuǎn)換效率仍然沒有超過單節(jié)聚合物太陽能電池。目前,串聯(lián)聚合物太陽能電池的前節(jié)電池通常由寬帶隙給體和寬帶隙受體組成。而后節(jié)電池比較復(fù)雜,通常以窄帶隙受體以吸收近紅外光,寬帶隙給體以實(shí)現(xiàn)較高的器件開路電壓。在串聯(lián)電池工作的時(shí)候,帶隙較寬的前節(jié)電池會(huì)大量吸收紫外和可見光,這將會(huì)造成后節(jié)電池中寬帶隙給體吸收的光大量下降,從而使得在給體上的載流子產(chǎn)生數(shù)量急劇下降,最終將降低后節(jié)電池中給體的導(dǎo)電性。
圖1. a) 不同器件中光的入射b) 不同器件中的激子產(chǎn)生,激子拆分和載流子傳輸 c) 分子結(jié)構(gòu) d) 吸收光譜。
最近,美國加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)材料科學(xué)與工程系的楊陽教授(Prof. Yang Yang)團(tuán)隊(duì)提出了一種簡(jiǎn)單有效的方法試圖解決上述問題。如圖1所示,他們將少量的可吸收近紅外光的窄帶隙聚合物給體PDPP2T-TT作為第三成分加入到PBDB-T/Y1活性層中,并應(yīng)用于串聯(lián)聚合物太陽能電池的后節(jié)部分。盡管大部分的紫外光和可見光仍然被前節(jié)電池所吸收,額外的激子可在后節(jié)電池的窄帶隙給體材料PDPP2T-TT上生成。這為后節(jié)電池提供了額外的載流子產(chǎn)生和空穴傳輸通道,以最大程度減少寬帶隙給體PBDB-T空穴傳輸性能下降的不利影響。最終,基于三組分后節(jié)電池的串聯(lián)聚合物太陽能電池展現(xiàn)了更高的短路電流密度和能量轉(zhuǎn)換效率。
相關(guān)成果發(fā)表在Advanced Materials, 2020, DOI: 10.1002/adma.202002315上。論文的第一作者為楊陽教授課題組程沛博士,通訊作者為楊陽教授(楊陽教授現(xiàn)任西湖大學(xué)工學(xué)院院長(zhǎng))。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002315
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