化学所制备出光伏效率超过20％的高效率叠层有机光伏电池

作为一种具有重要应用潜力的新型光伏技术，有机光伏电池具有低成本、易于大面积制备的特点，提升有机光伏电池的光电能量转化效率（简称：光伏效率）对于推动领域发展具有重要意义。由于可更加高效的利用太阳光，具有串联叠层构型的有机太阳能电池在实现高光伏效率方面具有突出优势。

在叠层有机光伏电池中，用于连接前、后子电池的隧道结同时承担了透光、电荷收集、阻挡溶剂等功能，对于叠层光伏电池的光伏效率具有至关重要的影响。因此，构建高性能的隧道结是有机光伏电池方向的挑战之一。 

在国家自然科学基金委、中国科学院和北京分子科学国家研究中心的支持下，化学所高分子物理与化学实验室侯剑辉课题组通过发展新型隧道结结构，制备了一系列高效率叠层有机光伏电池。他们通过在隧道结中加入超薄金属银，基本消除了隧道结内的非欧姆接触（Adv. Mater. 2015, 27, 1189)；系统研究并优化了隧道结、活性层组成对子电池光场分布的影响，并据此制备了接近20%光伏效率的叠层有机太阳能电池（Adv. Mater. 2021, 2102787)。 

图.利用电子束蒸发法制备的隧道结，制备了效率为20.2%的叠层有机太阳能电池

最近，该课题组发现在电子束蒸发二氧化钛的过程中，金红石相的二氧化钛可转化为非晶态薄膜，该薄膜不仅均匀致密，而且具有较好的耐酸性。因此，聚（3,4-乙烯二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）可以通过溶液法在其表面形成光滑、致密的薄膜。进一步，他们通过精确控制补氧速率，有效调节了沉积物的化学组成、电子能级、相对介电常数和掺杂密度。在最佳条件下，基于e-TiO1.76/PEDOT:PSS隧道结的叠层有机太阳能电池的光伏效率超过了20%。该结果得到了中国计量院验证，使有机光伏电池首次跨入20%的光伏效率新阶段。相关研究成果发表在最近的Joule上（10.1016/j.joule.2021.12.017），论文第一作者为郑众博士，通讯作者为侯剑辉研究员。