具有高透明活性層的窄帶隙有機太陽能電池！
有機光伏有望以低成本實作對環境影響小的創新型可再生能源收集應用。由于有機半導體材料的獨特性能，輕質、靈活、可溶液處理和光學可調，OPV是內建能量收集解決方案（如能量收集窗、天窗或溫室）的理想候選者。雖然OPV研究領域在過去十年中取得了巨大進步，導緻PCE超過18%的不透明高性能系統，但（半）透明OPV的性能仍然遠遠超出其理論極限。ST-OPV的一個固有挑戰是吸收足夠的光子以獲得高PCE，同時保持高AVT。隻有采用具有足夠窄帶隙的有機半導體吸收體，才能實作高AVT和高PCE的這種組合。事實上，據預測，對于足夠窄的帶隙，完全透明的單結（100%AVT）的理論肖克利-奎瑟極限接近令人印象深刻的20%（例如1.0至1.14 eV）。
來自加州大學聖巴巴拉分校和納紮爾巴耶夫大學的學者研究了3個窄帶隙近紅外吸收非富勒烯（NFA）基有機光伏（OPV）體系的電荷生成-複合動力學，其供體濃度分别為40%、30%和20%。對具有可見光範圍吸收的聚合物供體的稀釋導緻高度透明的活性層，其共混平均可見光透射率（AVT）值分别為64%，70%和77%。在包含這些透明有源層的優化的高可重複性器件配置中，不透明器件可實作7.0%、6.5%和4.1%的光轉換效率（PCE）。對這些結構的研究可以定量地了解電荷生成的變化，非二甲酸鹽電荷重組以及稀釋供體時的提取動力學。最後，本研究展望了在半透明有機光伏（ST-OPV）中使用高透明度活性層的前景。相關文章以“Unraveling Device Physics of Dilute-Donor Narrow-Bandgap Organic Solar Cells with Highly Transparent Active Layers”标題發表在Advanced Materials。
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圖1. a）非富勒烯受體COTIC-4F和供體聚合物PCE10的化學結構。b） 本文所研究的OPV在有源層中具有不同供體/受體比的器件結構示意圖。c） 裝置的能級圖。
圖2. 稀釋供體活性層的透射率光譜，導緻高混合AVT達到64%，70%和77%。
圖3. a） 不同供體/受體比的實驗性OPV的實驗電流-電壓特性。b） 相同器件的實驗歸一化EQE光譜。c） 模拟生成速率作為有源層中空間位置的函數，x = 0 是底部電極/活性層界面。d） Voc對光強度和線性拟合的實驗依賴性。
圖4. a）捕集器的濃度為Nt,bulk，在底部電極：活性層界面的表面陷阱的濃度為Nt,surf。b）不同供體濃度下的μτ産物(左軸)和萃取效率η。
總而言之，進一步優化界面和活性層形态可能會降低觀察到的損耗因子。是以，除了采用不同的透明背電極外，未來的方向可能涉及三元系統，以進一步改善現有混合系統的PCE和AVT。總體而言，需要更多的合成努力來獲得帶隙為≈1.12 eV的高性能超能禁帶隙NFA，以克服低AVT瓶頸并建立具有AVT>70%的OPV混合物。
