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導(dǎo)語(yǔ)：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(dāng)D18:N3的重量比為0.7:1.6時(shí)，不透明OPV器件的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）達(dá)到16.18%，相應(yīng)的共混膜的平均可見(jiàn)光透過(guò)率（AVT）高達(dá)50.07%。張福俊&丁黎明團(tuán)隊(duì)AFM:寬帶隙聚合物給體實(shí)現(xiàn)高效半透明有機(jī)光伏器件

1.前言
有機(jī)光伏（OPV）技術(shù)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(diǎn)，是新型光伏應(yīng)用中最有前景的技術(shù)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?yàn)樵?70-740 nm光波長(zhǎng)范圍內(nèi)如果追求高平均可見(jiàn)光透過(guò)率（AVT），會(huì)造成PCE的相應(yīng)降低。半透明OPV的關(guān)鍵問(wèn)題在于如何同時(shí)實(shí)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(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光透射和強(qiáng)近紅外光吸收，從而實(shí)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(jiàn)光范圍內(nèi)的窄光子捕獲能力更強(qiáng)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(shí)現(xiàn)高效半透明OPV的關(guān)鍵。因此，需要對(duì)電極材料和厚度同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)盡可能高的AVT和導(dǎo)電性。

圖1:分子結(jié)構(gòu)與基本性質(zhì)

2.簡(jiǎn)介

基于以上的考慮，近日，北京交通大學(xué)張福俊教授、國(guó)家納米科學(xué)中心丁黎明研究員等人團(tuán)隊(duì)展開(kāi)合作，通過(guò)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(shí)上，D18的稠環(huán)受體單元的剛性和擴(kuò)展的分子平面有利于增強(qiáng)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(dǎo)致相對(duì)較大的開(kāi)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(duì)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(jié)果顯示，隨著D18:N3的重量比從1.1:1.6降至0.6:1.6時(shí)，D18:N3共混膜的AVT值可從38.45%提高到53.07%，相應(yīng)不透明OPV器件的PCE值從17.46%降至15.07%。同時(shí)，所有不透明OPV器件的填充因子均可保持在77.0%以上。當(dāng)D18:N3的重量比為0.7:1.6時(shí)，不透明OPV器件的PCE達(dá)到16.18%，相應(yīng)的共混膜的AVT高達(dá)50.07%，這些結(jié)果說(shuō)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(dāng)以1 nm Au/10 nm Ag作為陰極時(shí)，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(bào)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(jié)

綜上，該工作對(duì)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(dǎo)意義。相關(guān)研究成果現(xiàn)已發(fā)表在國(guó)際材料與器件領(lǐng)域著名學(xué)術(shù)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(biāo)題：張?？?amp;丁黎明AFM:寬帶隙聚合物給體實(shí)現(xiàn)高效半透明有機(jī)光伏器件