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UCLA杨阳教授团队《Adv. Mater.》:高性能半透明聚合物太阳能电池方面取得新进展
2020-08-26  来源:高分子科技

  在过去的二十年中,环境污染和能源短缺已成为全球性问题,发展新型的可再生清洁能源大发排列3迫在眉睫。聚合物太阳能电池具有重量轻、成本低、可柔性大面积制备等优点,受到了人们越来越多的关注。特别的是,有机半导体材料具有分子轨道结构,其吸收光谱不像传统无机半导体那样连续。此特性为聚合物太阳能电池提供了一个独特应用,即半透明聚合物太阳能电池。


  2015年以来,新型窄带隙非富勒烯受体材料的快速发展大大促进了半透明聚合物太阳能电池的研究。从器件设计的角度来看,几乎所有已报道的工作都是通过减小背电极(即反射电极)的厚度来获得高的透光率。虽然器件在全太阳光光谱(包含可见光和红外光)透光率得到了提高,但是这样的设计思路牺牲了器件能量转换效率,大大限制了高性能半透明聚合物太阳能电池的进一步发展。因此,亟待开发能够同时实现高能量转换效率和高透光率半透明聚合物太阳能电池的新策略。


图1. 器件示意图,以及刚性或柔性半透明聚合物太阳能电池照片。


  最近,美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)材料科学与工程系的杨阳教授(Prof. Yang Yang)团队提出了一种采用“透明的空穴传输框架”的独特策略试图提高半透明聚合物太阳能电池的性能。如图1所示,他们用宽带隙P型聚合物PTAA部分取代PBDB-T/Y1活性层中的中带隙给体聚合物PBDB-T(1.8 eV)。考虑到PTAA是具有2.9 eV的宽带隙P型聚合物,用PTAA部分取代PBDB-T可有效地降低活性层在可见光区的吸收,但不会降低其在近红外区的吸收,同时,由于PTAA是P型聚合物,它还可以起到给体聚合物的部分作用,包括传输空穴和帮助给受体相分离。通过该策略,他们分别在刚性和柔性基底上实现了同时具有12%的能量转换效率和20%的可见光平均透过率的半透明聚合物太阳能电池。相关成果发表在Advanced Materials, 2020, DOI: 10.1002/adma.202003891上。论文的第一作者为杨阳教授课题组程沛博士,通讯作者为杨阳教授(杨阳教授现任西湖大学工学院院长)。


  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202003891

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