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導語：研究人員基于D18:N3體系制備了高性能不透明和半透明的OPV器件。當D18:N3的重量比為0.7:1.6時，不透明OPV器件的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）達到16.18%，相應的共混膜的平均可見光透過率（AVT）高達50.07%。張?？?amp;丁黎明團隊AFM:寬帶隙聚合物給體實現(xiàn)高效半透明有機光伏器件

1.前言
有機光伏（OPV）技術由于具有半透明、重量輕、溶液可加工性和大面積制造等優(yōu)點，是新型光伏應用中最有前景的技術之一。目前，不透明OPV器件的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）已經(jīng)突破了19%。然而，半透明OPV器件的PCE卻依舊落后，這是因為在370-740 nm光波長范圍內(nèi)如果追求高平均可見光透過率（AVT），會造成PCE的相應降低。半透明OPV的關鍵問題在于如何同時實現(xiàn)高AVT和PCE。

窄帶隙聚合物給體和小分子受體通常是制備半透明OPV器件的首選，它可以實現(xiàn)可見光透射和強近紅外光吸收，從而實現(xiàn)高PCE。然而，寬帶隙聚合物給體具有較小的半高全寬，由于在可見光范圍內(nèi)的窄光子捕獲能力更強使得AVT更高，這在制備高性能半透明OPV器件方面很有前景。除了合理選擇活性層材料外，半透明頂電極也是實現(xiàn)高效半透明OPV的關鍵。因此，需要對電極材料和厚度同時進行優(yōu)化，以實現(xiàn)盡可能高的AVT和導電性。

圖1:分子結構與基本性質(zhì)

2.簡介

基于以上的考慮，近日，北京交通大學張?？〗淌凇壹{米科學中心丁黎明研究員等人團隊展開合作，通過以寬帶隙聚合物D18為給體，窄帶隙小分子N3為受體，制備了高性能不透明和半透明的OPV器件。事實上，D18的稠環(huán)受體單元的剛性和擴展的分子平面有利于增強膜中的π-π堆積和良好的空穴遷移率。此外，D18和N3的HOMO/LUMO水平為5.51/2.77 eV和5.73/3.88 eV。其中，D18的HOMO水平和N3的LUMO水平之間的偏移量為1.63 eV，從而導致相對較大的開路電壓。與其它常用的聚合物給體相比，D18的吸收光譜顯示出相對較小的118 nm半高全寬，這有助于獲得以D18為給體的半透明OPV的高AVT。

圖2:不同器件的光伏性能

研究結果顯示，隨著D18:N3的重量比從1.1:1.6降至0.6:1.6時，D18:N3共混膜的AVT值可從38.45%提高到53.07%，相應不透明OPV器件的PCE值從17.46%降至15.07%。同時，所有不透明OPV器件的填充因子均可保持在77.0%以上。當D18:N3的重量比為0.7:1.6時，不透明OPV器件的PCE達到16.18%，相應的共混膜的AVT高達50.07%，這些結果說明了該體系制備高效半透明OPV器件的巨大潛力。在這種情況下，當以1 nm Au/10 nm Ag作為陰極時，最佳半透明OPV器件可以獲得12.91%的PCE和22.49%的AVT，最大光利用效率（LUE）為2.90%，是目前報道的半透明OPV器件的最佳性能之一。

圖3.半透明器件性能

3.總結

綜上，該工作對利用寬帶隙聚合物作為給體制備高效半透明OPV器件具有指導意義。相關研究成果現(xiàn)已發(fā)表在國際材料與器件領域著名學術期刊《Advanced Functional Materials》上，題為“Wide Bandgap Polymer with Narrow Photon Harvesting in Visible Light Range Enables Efficient Semitransparent Organic Photovoltaics”。
D18：2433725-54-1

N3：2640657-07-2 

原標題：張?？?amp;丁黎明AFM:寬帶隙聚合物給體實現(xiàn)高效半透明有機光伏器件