具有高透明活性层的窄带隙有机太阳能电池！
有机光伏有望以低成本实现对环境影响小的创新型可再生能源收集应用。由于有机半导体材料的独特性能，轻质、灵活、可溶液处理和光学可调，OPV是集成能量收集解决方案（如能量收集窗、天窗或温室）的理想候选者。虽然OPV研究领域在过去十年中取得了巨大进步，导致PCE超过18%的不透明高性能系统，但（半）透明OPV的性能仍然远远超出其理论极限。ST-OPV的一个固有挑战是吸收足够的光子以获得高PCE，同时保持高AVT。只有采用具有足够窄带隙的有机半导体吸收体，才能实现高AVT和高PCE的这种组合。事实上，据预测，对于足够窄的带隙，完全透明的单结（100%AVT）的理论肖克利-奎瑟极限接近令人印象深刻的20%（例如1.0至1.14 eV）。
来自加州大学圣巴巴拉分校和纳扎尔巴耶夫大学的学者研究了3个窄带隙近红外吸收非富勒烯（NFA）基有机光伏（OPV）体系的电荷生成-复合动力学，其供体浓度分别为40%、30%和20%。对具有可见光范围吸收的聚合物供体的稀释导致高度透明的活性层，其共混平均可见光透射率（AVT）值分别为64%，70%和77%。在包含这些透明有源层的优化的高可重复性器件配置中，不透明器件可实现7.0%、6.5%和4.1%的光转换效率（PCE）。对这些结构的研究可以定量地了解电荷生成的变化，非二甲酸盐电荷重组以及稀释供体时的提取动力学。最后，本研究展望了在半透明有机光伏（ST-OPV）中使用高透明度活性层的前景。相关文章以“Unraveling Device Physics of Dilute-Donor Narrow-Bandgap Organic Solar Cells with Highly Transparent Active Layers”标题发表在Advanced Materials。
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图1. a）非富勒烯受体COTIC-4F和供体聚合物PCE10的化学结构。b） 本文所研究的OPV在有源层中具有不同供体/受体比的器件结构示意图。c） 设备的能级图。
图2. 稀释供体活性层的透射率光谱，导致高混合AVT达到64%，70%和77%。
图3. a） 不同供体/受体比的实验性OPV的实验电流-电压特性。b） 相同器件的实验归一化EQE光谱。c） 模拟生成速率作为有源层中空间位置的函数，x = 0 是底部电极/活性层界面。d） Voc对光强度和线性拟合的实验依赖性。
图4. a）捕集器的浓度为Nt,bulk，在底部电极：活性层界面的表面陷阱的浓度为Nt,surf。b）不同供体浓度下的μτ产物(左轴)和萃取效率η。
总而言之，进一步优化界面和活性层形态可能会降低观察到的损耗因子。因此，除了采用不同的透明背电极外，未来的方向可能涉及三元系统，以进一步改善现有混合系统的PCE和AVT。总体而言，需要更多的合成努力来获得带隙为≈1.12 eV的高性能超能禁带隙NFA，以克服低AVT瓶颈并建立具有AVT>70%的OPV混合物。
