最近,在國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院的支持下,中科院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)實驗室侯劍輝團隊深入研究并發(fā)展了有機光伏電池在室內(nèi)光下的應(yīng)用。該團隊設(shè)計合成了新型非富勒烯受體IO-4Cl,與聚合物給體PBDB-TF混合,獲得了吸收光譜與室內(nèi)光源相匹配的光活性層。使用2700 K的LED燈作為光源,在1000 lux輻照強度下,1 cm2電池的開路電壓達到1.10V,實現(xiàn)了26.1%的能量轉(zhuǎn)換效率。
研究結(jié)果證明該OPV電池在室內(nèi)光下不僅具有高的光伏效率和優(yōu)異的穩(wěn)定性,而且對于串聯(lián)電阻和活性層厚度不敏感。如:在室內(nèi)光源連續(xù)照射1000小時后,電池仍保持其初始的光伏性能;使用大面積涂布方法制備的4 cm2電池依然可以實現(xiàn)23%以上的光伏效率。該團隊與瑞典林雪平大學(xué)教授高峰團隊密切合作,揭示了這類電池在降低能量損失方面的獨特優(yōu)勢,并對其極限效率進行了合理預(yù)測。結(jié)果表明,OPV電池在室內(nèi)光下的極限光伏效率可達50%,這意味著當前取得的光伏效率仍然存在巨大的提升空間。相關(guān)研究工作發(fā)表在近期的《自然-能源》(Nature Energy)上(Nat. Energy, 2019, 4, 768)。通訊作者為侯劍輝和高峰,第一作者是崔勇。
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圖:(a)光伏電池應(yīng)用的決定因素;(b)熒光燈、LED燈和太陽的發(fā)射光譜;(c)PBDB-TF和IO-4Cl的吸收光譜;(d)給體材料PBDB-TF和受體材料IO-4Cl制備的器件在室內(nèi)光下的穩(wěn)定性;(e)刮涂大面積器件的J-V曲線;(f)LED燈下的效率預(yù)測圖。
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