Approaches to Achieving High-performance Semitransparent Organic Solar Cells

doi:10.7503/cjcu20230166

Abstract

Abstract:

Semitransparent organic solar cells（STOSCs）， capable of generating electricity and transmitting light simultaneously， are a highly promising new energy technology with potential applications in building-integrated photovoltaics for windows and roofs， as well as in agricultural greenhouses and transportation vehicles. However， the balance between the power conversion efficiency（PCE） and average visible light transmittance（AVT） of STOSCs remains a challenge. Ideal high-performance STOSC requires a balance between increasing the AVT and PCE， which involves selectively absorbing and utilizing non-visible spectrum photons for energy conversion while transmitting visible spectrum photons to maintain aesthetic appeal and color purity. In this review， we discuss and summarize various approaches to achieving high-performance STOSC from the perspectives of active layer tuning strategy， device engineering and multifunctional STOSCs. Our findings provide valuable insights and recommendations to promote the research and development of this promising energy technology.

Key words: Semitransparent, Organic solar cell, Narrow bandgap material, Device engineering, Optical engineering

CLC Number:

O631

TrendMD:

LI Yaokai, GUAN Shitao, ZUO Lijian, CHEN Hongzheng. Approaches to Achieving High-performance Semitransparent Organic Solar Cells[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(9): 20230166.

Figures/Tables 12

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Tandem	FAPbBr _x Cl_3-_x & PCE10∶6TIC⁃4F	10.55	52.91	5.66	68	［4］
Ternary	PM6∶BTP⁃eC9∶L8⁃BO	11.44	46.79	5.35	85.39	［30］
	PM6∶BTP⁃eC9∶L8⁃BO	12.95	38.67	5.0	73.61	［9］
	PCE⁃10∶BT⁃CIC∶TT⁃FIC	8.0	44.2	3.56	87	［31］
	PM6∶Y6⁃BO∶2PACz	11.3	30.0	3.39	—	［32］
	PBOF∶BTP⁃eC9∶L8⁃BO	10.01	30.48	3.05	—	［28］
	PM6∶Y6∶DTNIF	13.49	22.58	3.04	—	［33］
	PM6∶Y6∶BTTPC	12.3	23.45	2.88	—	［34］
	PBDB⁃T∶Y1∶PTAA	11.7	20.1	2.35	—	［35］
	PM6-Ir1∶BTP⁃eC9∶PC71BM	16.44	12.75	2.09	93.1	［36］
	PCE10∶J71∶IHIC	9.37	21.4	2.00	97	［37］
	PBT1⁃S∶PCE10∶PC71BM	9.2	20	1.84	—	［38］
	J52∶IEICO⁃4F∶PC71BM	7.75	19.9	1.54	—	［39］
Binary	PCE10⁃2F∶Y6	10.01	50.05	5.01	—	［10］
	PCE⁃10∶A078	10.8	45.7	5.0	86	［11］
	PCE10⁃BDT2F⁃0.8∶Y6	10.85	41.08	4.46	76.35	［29］
	PM6∶L8⁃BO	12.8	34.55	4.42	87	［40］
	PCE10∶H3	8.38	50.09	4.19	76.85	［13］
	PCE10∶FOIC	10.3	37.4	3.85	—	［41］
	PBT1⁃C⁃2Cl∶Y6	9.1	40.1	3.65	—	［42］
	PCE10∶IHIC	9.77	36	3.51	—	［14］
	PM6∶Y6	12.88	25.6	3.3	97.6	［24］
	PCE10∶IUIC	10.2	31	3.16	—	［15］
	PBNS∶IT⁃4F	9.83	32	3.14	—	［43］
	PCE10∶BTCIC	7.1	43	3.05	91	［16］
	PM6∶ITIC⁃4F	11.20	26.22	2.93	97.5	［24］
	PCE10∶ACS8	11.1	28.6	2.89	84	［18］
	PCE10∶IEICO⁃4F	4.06	70.6	2.86	86.3	［44］
	PCE10∶ATT2	7.7	31	2.39	—	［45］
	PCE10∶IEICO⁃4F	9.48	23.7	2.24	—	［46］
	PCE10∶IEICO⁃4Cl	8.38	25.6	2.14	—	［19］
	PCE10∶FNIC2	9.51	20.3	1.93	83	［17］
	J71∶IT⁃M	7.23	25.05	1.81	79.2	［24］
	PBDTTT⁃E⁃T∶IEICO	6.5	25	1.62	—	［47］
	J71∶IEICO⁃4F	4.45	27.26	1.21	61.0	［24］

Active layer		PCE（%）	AVT（%）	LUE（%）	CRI	Ref.
Tandem	FAPbBr _x Cl_3-_x & PCE10∶6TIC⁃4F	10.55	52.91	5.66	68	［4］
Ternary	PM6∶BTP⁃eC9∶L8⁃BO	11.44	46.79	5.35	85.39	［30］
	PM6∶BTP⁃eC9∶L8⁃BO	12.95	38.67	5.0	73.61	［9］
	PCE⁃10∶BT⁃CIC∶TT⁃FIC	8.0	44.2	3.56	87	［31］
	PM6∶Y6⁃BO∶2PACz	11.3	30.0	3.39	—	［32］
	PBOF∶BTP⁃eC9∶L8⁃BO	10.01	30.48	3.05	—	［28］
	PM6∶Y6∶DTNIF	13.49	22.58	3.04	—	［33］
	PM6∶Y6∶BTTPC	12.3	23.45	2.88	—	［34］
	PBDB⁃T∶Y1∶PTAA	11.7	20.1	2.35	—	［35］
	PM6-Ir1∶BTP⁃eC9∶PC71BM	16.44	12.75	2.09	93.1	［36］
	PCE10∶J71∶IHIC	9.37	21.4	2.00	97	［37］
	PBT1⁃S∶PCE10∶PC71BM	9.2	20	1.84	—	［38］
	J52∶IEICO⁃4F∶PC71BM	7.75	19.9	1.54	—	［39］
Binary	PCE10⁃2F∶Y6	10.01	50.05	5.01	—	［10］
	PCE⁃10∶A078	10.8	45.7	5.0	86	［11］
	PCE10⁃BDT2F⁃0.8∶Y6	10.85	41.08	4.46	76.35	［29］
	PM6∶L8⁃BO	12.8	34.55	4.42	87	［40］
	PCE10∶H3	8.38	50.09	4.19	76.85	［13］
	PCE10∶FOIC	10.3	37.4	3.85	—	［41］
	PBT1⁃C⁃2Cl∶Y6	9.1	40.1	3.65	—	［42］
	PCE10∶IHIC	9.77	36	3.51	—	［14］
	PM6∶Y6	12.88	25.6	3.3	97.6	［24］
	PCE10∶IUIC	10.2	31	3.16	—	［15］
	PBNS∶IT⁃4F	9.83	32	3.14	—	［43］
	PCE10∶BTCIC	7.1	43	3.05	91	［16］
	PM6∶ITIC⁃4F	11.20	26.22	2.93	97.5	［24］
	PCE10∶ACS8	11.1	28.6	2.89	84	［18］
	PCE10∶IEICO⁃4F	4.06	70.6	2.86	86.3	［44］
	PCE10∶ATT2	7.7	31	2.39	—	［45］
	PCE10∶IEICO⁃4F	9.48	23.7	2.24	—	［46］
	PCE10∶IEICO⁃4Cl	8.38	25.6	2.14	—	［19］
	PCE10∶FNIC2	9.51	20.3	1.93	83	［17］
	J71∶IT⁃M	7.23	25.05	1.81	79.2	［24］
	PBDTTT⁃E⁃T∶IEICO	6.5	25	1.62	—	［47］
	J71∶IEICO⁃4F	4.45	27.26	1.21	61.0	［24］

Device structure	LUE（%）	Ref.
ITO/PEDOT∶PSS/PM6∶L8⁃BO∶BTP⁃eC9 /Bis⁃FIMG/Ag/TeO₂	5.0	［9］
ITO/PEDOT∶PSS/PCE10∶H3/ZnO NP/PEI/Ag/TeO₂	4.06	［13］
（LiF/TeO₂）⁴ /glass/ITO/PEDOT∶PSS/PM6∶BTP⁃eC9∶L8⁃BO（0.8∶1∶0.2）/PDINN/Ag（12nm）/（LiF/TeO₂）⁸/LiF	5.35	［30］
MgF₂/SiO₂ /ITO/ZnO/PCE10∶A078/MoO3/Ag（16nm）/CBP/MgF₂/CBP/MgF₂	5.0	［11］
MgF₂ /ITO/PEDOT∶PSS/PCE10⁃BDT2F⁃0.8∶Y6/PDINO/Ag（15 nm）/MoO₃	4.46	［29］
MgF₂/SiO₂ /ITO/ZnO/NSM/PCE‐10∶BT‐CIC∶TT‐FIC/MoO₃/Cu⁃Ag（16nm）/（CBP/MgF₂）²（SiN_xSiO₂）^x	3.56	［31］
ITO/PEDOT∶PSS/PM6∶Y6 BTTPC/PFN⁃Br/Ag（14nm）/LiF/MoO₃	2.88	［34］
ITO/PEDOT∶PSS/PCE10∶IFIC⁃i⁃F/Bis⁃FIMG/Ag（16 nm）/（LiF/TeO₂）²	2.15	［68］
ITO/PEDOT∶PSS/PM6∶m⁃BTPPhC6∶BO⁃4Cl/PFNBr/Ag（14nm）/ MoO_3/LiF/MoO₃	3.58	［80］
ITO/PEDOT∶PSS/Active layer/Au（0.8 nm）/Ag（15 nm）/（MoO₃/LiF）^{3 pairs}	2.00	［37］

Device structure	LUE（%）	Ref.
ITO/PEDOT∶PSS/PM6∶L8⁃BO∶BTP⁃eC9 /Bis⁃FIMG/Ag/TeO₂	5.0	［9］
ITO/PEDOT∶PSS/PCE10∶H3/ZnO NP/PEI/Ag/TeO₂	4.06	［13］
（LiF/TeO₂）⁴ /glass/ITO/PEDOT∶PSS/PM6∶BTP⁃eC9∶L8⁃BO（0.8∶1∶0.2）/PDINN/Ag（12nm）/（LiF/TeO₂）⁸/LiF	5.35	［30］
MgF₂/SiO₂ /ITO/ZnO/PCE10∶A078/MoO3/Ag（16nm）/CBP/MgF₂/CBP/MgF₂	5.0	［11］
MgF₂ /ITO/PEDOT∶PSS/PCE10⁃BDT2F⁃0.8∶Y6/PDINO/Ag（15 nm）/MoO₃	4.46	［29］
MgF₂/SiO₂ /ITO/ZnO/NSM/PCE‐10∶BT‐CIC∶TT‐FIC/MoO₃/Cu⁃Ag（16nm）/（CBP/MgF₂）²（SiN_xSiO₂）^x	3.56	［31］
ITO/PEDOT∶PSS/PM6∶Y6 BTTPC/PFN⁃Br/Ag（14nm）/LiF/MoO₃	2.88	［34］
ITO/PEDOT∶PSS/PCE10∶IFIC⁃i⁃F/Bis⁃FIMG/Ag（16 nm）/（LiF/TeO₂）²	2.15	［68］
ITO/PEDOT∶PSS/PM6∶m⁃BTPPhC6∶BO⁃4Cl/PFNBr/Ag（14nm）/ MoO_3/LiF/MoO₃	3.58	［80］
ITO/PEDOT∶PSS/Active layer/Au（0.8 nm）/Ag（15 nm）/（MoO₃/LiF）^{3 pairs}	2.00	［37］

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