化學所在高效室內光有機光伏電池研究方面取得進展

有機光伏電池具有質量輕、柔性、吸收光譜可調等優勢，在室內光應用中展現出巨大應用潛力。近幾年，有機光伏電池在室內光下的光伏性能不斷提高，但有機半導體材料較大的能量無序度將導致更寬的態密度分布，嚴重限制了器件在弱光環境下的開路電壓和能量轉換效率，使其在實際應用中面臨嚴峻挑戰。通過聚光技術，增大入射光通量可以有效抑制能量無序度對有機光伏電池室內光性能的影響，但有機光伏電池在聚光環境中的光伏性能和器件穩定性此前較少被報道。

中國科學院化學研究所侯劍輝團隊基于三種經典的活性層體系（PBDB-TF:Y6、PB2:FCC-Cl和PTB7-Th:PC₇₁BM）深入研究了能量無序度對弱光環境下有機光伏電池性能的影響，以及聚光環境中有機光伏電池的光伏特性。他們證明了聚室內光可以有效抑制能量無序度的不利影響，同時提高器件的開路電壓和填充因子，實現更高的光伏效率。其中，基于PB2:FCC-Cl的器件在500 lux光照下具有29.0%的光伏效率；當聚光至20000 lux時，該器件可實現33.0%的光伏效率，是所知相同條件下最高的室內光性能。同時，由于室內光的照明條件更加溫和，所有器件在聚室內光下均表現出優異的穩定性。其中，PBDB-TF:Y6體系具有最穩定的形貌特征，其器件在聚室內光下的擬合T₈₀壽命（效率衰減至初始值的80%需要的時間）超過30000小時。此外，基于聚光的方式，由刮涂法制備的0.25 cm²的器件相比500 lux下的10 cm²大面積器件可實現更高的光伏效率和輸出功率。結合光波導聚光技術，研究人員證明了聚光有機光伏電池能夠具備更低的制備難度和生產成本，在室內光應用中展現出巨大發展前景。相關成果近期發表在《焦耳》（Joule）上。