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Joule:化學(xué)所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室侯劍輝課題組在高效室內(nèi)光有機(jī)光伏電池方面取得重要進(jìn)展

來源:化學(xué)所      2023-05-25
導(dǎo)讀:化學(xué)所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室侯劍輝課題組在高效室內(nèi)光有機(jī)光伏電池方面取得重要進(jìn)展,相關(guān)成果近期發(fā)表在Joule期刊上 (Joule, 2023, DOI: 10.1016/j.joule.2023.04.003),論文第一作者為博士生王文璇,通訊作者為化學(xué)所崔勇副研究員。

有機(jī)光伏電池具有質(zhì)量輕、柔性、吸收光譜可調(diào)等優(yōu)勢(shì),在室內(nèi)光應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。近幾年,有機(jī)光伏電池在室內(nèi)光下的光伏性能不斷提高,但有機(jī)半導(dǎo)體材料較大的能量無序度將導(dǎo)致更寬的態(tài)密度分布,嚴(yán)重限制了器件在弱光環(huán)境下的開路電壓和能量轉(zhuǎn)換效率,使其在實(shí)際應(yīng)用中面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。通過聚光技術(shù),增大入射光通量可以有效抑制能量無序度對(duì)有機(jī)光伏電池室內(nèi)光性能的影響,但有機(jī)光伏電池在聚光環(huán)境中的光伏性能和器件穩(wěn)定性此前較少被報(bào)道。 

在國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的支持下,化學(xué)所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室侯劍輝課題組基于三種經(jīng)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(duì)弱光環(huán)境下有機(jī)光伏電池性能的影響,以及聚光環(huán)境中有機(jī)光伏電池的光伏特性。他們證明了聚室內(nèi)光可以有效抑制能量無序度的不利影響,同時(shí)提高器件的開路電壓和填充因子,實(shí)現(xiàn)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(dāng)聚光至20000 lux時(shí),該器件可實(shí)現(xiàn)33.0%的光伏效率,是所知相同條件下最高的室內(nèi)光性能。同時(shí),由于室內(nèi)光的照明條件更加溫和,所有器件在聚室內(nèi)光下均表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。其中,PBDB-TF:Y6體系具有最穩(wěn)定的形貌特征,其器件在聚室內(nèi)光下的擬合T80壽命(效率衰減至初始值的80%需要的時(shí)間)超過30000小時(shí)。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(shí)現(xiàn)更高的光伏效率和輸出功率。結(jié)合光波導(dǎo)聚光技術(shù),他們證明了聚光有機(jī)光伏電池能夠兼具更低的制備難度和生產(chǎn)成本,在室內(nèi)光應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大的發(fā)展前景。相關(guān)成果近期發(fā)表在Joule期刊上 Joule, 2023, DOI: 10.1016/j.joule.2023.04.003),論文第一作者為博士生王文璇,通訊作者為化學(xué)所崔勇副研究員。 

聚室內(nèi)光有機(jī)光伏電池兼具高性能、高穩(wěn)定性、易加工性和低成本特點(diǎn) 


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