半透明有机太阳能电池研究进展

doi:10.7503/cjcu20230365

摘要/Abstract

摘要：

半透明有机光伏(ST-OPVs)相比其它无机光伏技术, 因为其活性层材料可调节的电子能级和选择性的吸收光谱, 在作为温室的发电屋顶、现代建筑外墙和采光玻璃等应用中具有本征优势. 随着高效窄带隙聚合物给体和近红外非富勒烯受体材料的快速发展, ST-OPVs的光利用效率在过去十年取得了显著进展, 本征和具有光学修饰的半透明器件的光利用效率分别超过了3%和5%. 为了进一步推动半透明有机光伏技术的实用化, 进一步提升器件的光利用效率仍是研究重点. 基于此，本文分别从半透明器件的理论模型、活性层材料设计和器件光学修饰等角度综合评述了近期ST-OPVs的重要进展, 为未来器件性能的优化提供了参考.

关键词: 半透明有机光伏, 活性层材料, 器件光学修饰

Abstract:

Semitransparent organic photovoltaics（ST-OPVs） have intrinsic advantages over other inorganic photovoltaics due to the tunable electronic energy levels and selective absorption spectra of the active layer material in applications such as power-generating roofs for greenhouses and color-adjustable windows for modern buildings and exterior walls. With the rapid development of highly efficient narrow bandgap polymer donors and near-infrared non-fullerene acceptor materials， ST-OPVs have made rapid advances in light utilization efficiency over the past decade.The intrinsic and optically modified semitransparent devices exceed 3% and 5%， respectively. In order to further promote the practical use of semitransparent organic photovoltaic， how to further improve the optical efficiency of the device is still the key research direction. Therefore， this paper reviews the recent important progress of ST-OPVs from the theoretical model of the semitransparent device， the design of the active layer material and the optical modification of the device， so as to provide a reference for the improvement of the device performance in the future.

Key words: Semitransparent organic solar cell, Active layer material, Optical modification of device

中图分类号:

TrendMD:

郑昊霖, 刘武岳, 朱晓张. 半透明有机太阳能电池研究进展. 高等学校化学学报, 2023, 44(9): 20230365.

ZHENG Haolin, LIU Wuyue, ZHU Xiaozhang. Research Progress of Semitransparent Organic Solar Cells. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(9): 20230365.

图/表 11

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ITO/PEDOT∶PSS/J101∶ZITI/PDINO/Ag	1.50	0.898	19.06	64.5	11.00	22	2.39	［24］
ITO/SnO₂ or TIPD/PCE10∶Y14/MoO₃/Al	1.23	0.793	22.48	71.1	12.67	23	2.91	［25］
ITO/PEDOT∶PSS/D18⁃Cl∶Y6⁃1O∶Y6/PDIN/（Au/Ag）	1.38	0.884	19.56	75.3	13.02	20	2.63	［26］
ITO/PEDOT∶PSS/PCE10∶Y6/PDINO/Ag/MoO₃	1.35	0.786	17.79	71.4	10.01	50	5.01	［19］
ITO/ZnO/PCE⁃10∶BT⁃IC/MoO₃/Ag	1.68	0.680	18.00	67.5	8.20	26	2.13	［27］
ITO/ZnO/PTB7⁃Th∶IUIC/MoO _x /Ag	1.33	0.794	18.31	70.3	10.2	31	3.16	［28］
ITO/ZnO/PTB7⁃Th∶FOIC/MoO₃/Ag	1.32	0.739	20.00	69.9	10.3	37	3.85	［29］
ITO/ZnO/J71∶ITVflC/PDINO/Al	1.37	0.742	17.54	63.1	8.20	26	2.22	［30］
ITO/ZnO/PCE⁃10∶A078/MoO₃/Ag	1.40	0.750	20.40	70.0	10.8	46	5.00	［31］
ITO/PEDOT∶PSS/PTB7⁃Th∶H3/PFN⁃Br/Ag	1.34	0.720	17.30	67.7	8.38	50	4.06	［32］
Ag/WO₃/P3HT∶PCBM/TiO₂/FTO/ITO	0.80	0.600	7.05	61.1	2.58	NA	NA	［33］
1DPC/ITO/PFN/PTB7∶PC₇₁BM/ PEDOT∶PSS	1.24	0.770	12.25	55.8	5.20	23	1.21	［34］
PET/Ag/PH1000/ZnO/PTB7⁃Th∶PC₇₁BM/MoO _x /（Au/Ag）/DM⁃6	0.92	0.770	12.70	65.7	6.40	12	0.75	［35］
ITO/PEDOT/PTB7∶PC₇₁BM/PC⁃Tn⁃Ag	1.24	0.773	10.90	70.0	5.60	28	1.57	［36］
（LiF/TeO₂）⁴/glass/ITO/PEDOT∶PSS/PM6∶BTP⁃eC9∶L8⁃BO/ PDINN/Ag/（LiF/TeO₂）⁸/LiF	1.54	0.854	17.97	74.5	11.44	47	5.35	［37］
ITO/nc⁃TiO₂/P3HT∶PC₆₁BM/MoO₃/Ag/MoO₃	0.80	0.595	4.83	61.2	1.76	NA	NA	［38］
ITO/ZnO/PBT1⁃C⁃2Cl∶Y6/MoO₃/Au	1.46	0.820	15.71	67.2	9.10	40	3.65	［39］
ITO/PEDOT∶PSS/PBDB⁃T∶ITIC⁃m/ZnO NPs/Sb₂O₃/Ag/Sb₂O₃	1.90	0.890	4.93	0.68	3.00	16	0.49	［40］
ITO/PEDOT∶PSS/MoO₃/DTDCPB/DTDCPB∶C70/C70/ Bphen/Ag/NPB/Ag	1.94	0.896	9.81	55.3	5.15	25	1.29	［41］
ITO/ZnO/PTB7⁃Th∶PC71BM/MoO₃/Au/Ag/WO₃/Ag	0.92	0.787	17.05	66.6	8.93	26	2.28	［42］
ITO/Hf（ACB1）4/PM6∶Y6/MoO₃/Ag	1.65	0.818	19.69	71.4	11.51	26	2.95	［43］

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ITO/PEDOT∶PSS/D18⁃Cl∶Y6⁃1O∶Y6/PDIN/（Au/Ag）	1.38	0.884	19.56	75.3	13.02	20	2.63	［26］
ITO/PEDOT∶PSS/PCE10∶Y6/PDINO/Ag/MoO₃	1.35	0.786	17.79	71.4	10.01	50	5.01	［19］
ITO/ZnO/PCE⁃10∶BT⁃IC/MoO₃/Ag	1.68	0.680	18.00	67.5	8.20	26	2.13	［27］
ITO/ZnO/PTB7⁃Th∶IUIC/MoO _x /Ag	1.33	0.794	18.31	70.3	10.2	31	3.16	［28］
ITO/ZnO/PTB7⁃Th∶FOIC/MoO₃/Ag	1.32	0.739	20.00	69.9	10.3	37	3.85	［29］
ITO/ZnO/J71∶ITVflC/PDINO/Al	1.37	0.742	17.54	63.1	8.20	26	2.22	［30］
ITO/ZnO/PCE⁃10∶A078/MoO₃/Ag	1.40	0.750	20.40	70.0	10.8	46	5.00	［31］
ITO/PEDOT∶PSS/PTB7⁃Th∶H3/PFN⁃Br/Ag	1.34	0.720	17.30	67.7	8.38	50	4.06	［32］
Ag/WO₃/P3HT∶PCBM/TiO₂/FTO/ITO	0.80	0.600	7.05	61.1	2.58	NA	NA	［33］
1DPC/ITO/PFN/PTB7∶PC₇₁BM/ PEDOT∶PSS	1.24	0.770	12.25	55.8	5.20	23	1.21	［34］
PET/Ag/PH1000/ZnO/PTB7⁃Th∶PC₇₁BM/MoO _x /（Au/Ag）/DM⁃6	0.92	0.770	12.70	65.7	6.40	12	0.75	［35］
ITO/PEDOT/PTB7∶PC₇₁BM/PC⁃Tn⁃Ag	1.24	0.773	10.90	70.0	5.60	28	1.57	［36］
（LiF/TeO₂）⁴/glass/ITO/PEDOT∶PSS/PM6∶BTP⁃eC9∶L8⁃BO/ PDINN/Ag/（LiF/TeO₂）⁸/LiF	1.54	0.854	17.97	74.5	11.44	47	5.35	［37］
ITO/nc⁃TiO₂/P3HT∶PC₆₁BM/MoO₃/Ag/MoO₃	0.80	0.595	4.83	61.2	1.76	NA	NA	［38］
ITO/ZnO/PBT1⁃C⁃2Cl∶Y6/MoO₃/Au	1.46	0.820	15.71	67.2	9.10	40	3.65	［39］
ITO/PEDOT∶PSS/PBDB⁃T∶ITIC⁃m/ZnO NPs/Sb₂O₃/Ag/Sb₂O₃	1.90	0.890	4.93	0.68	3.00	16	0.49	［40］
ITO/PEDOT∶PSS/MoO₃/DTDCPB/DTDCPB∶C70/C70/ Bphen/Ag/NPB/Ag	1.94	0.896	9.81	55.3	5.15	25	1.29	［41］
ITO/ZnO/PTB7⁃Th∶PC71BM/MoO₃/Au/Ag/WO₃/Ag	0.92	0.787	17.05	66.6	8.93	26	2.28	［42］
ITO/Hf（ACB1）4/PM6∶Y6/MoO₃/Ag	1.65	0.818	19.69	71.4	11.51	26	2.95	［43］