长春光机所研制出色彩可调的高效隔热可编程光伏窗

近日，中科院长春光机所郭晓阳、刘星元研究团队与长春应化所合作，提出一种基于双面介质 / 金属 / 介质（DMD）电极架构的可编程光伏窗新设计，构建了可调控的光学微腔结构，实现了广谱色彩的精准调控，同时获得了 10.07% 的光电转换效率、35.9% 的平均可见光透过率（对应光利用效率达3.62%，是目前国际上报道的彩色半透明有机太阳能电池中最高光利用效率）以及 91.59% 的红外阻隔率，该工作对推动半透明有机太阳能电池在建筑光伏一体化领域的多功能集成应用具有十分重要的意义。该成果发表在《Advanced Functional Materials》杂志上。

半透明有机光伏（ST-OPVs）因其透光、发电、隔热与色彩可调等独特优势，在建筑光伏一体化（BIPV）领域受到广泛关注。然而，现有器件在色彩表现与光电性能的协同平衡上面临严峻挑战。一方面，传统器件颜色单调、色域狭窄，难以满足建筑美学对高保真色彩呈现的要求，视觉兼容性成为制约 BIPV市场接受度的关键因素；另一方面，已有的彩色半透明器件往往忽略与建筑节能密切相关的红外隔热性能与显色指数，无法实现发电、透光、显色与热屏蔽的多维功能集成。此外，微腔、DBR、光子晶体等常规色彩调控结构虽能实现一定程度的调色，却普遍存在工艺复杂、功能单一等固有缺陷，限制了其实际建筑应用。因此，开发一种可同时兼顾广色域、高显色、高效率与高效隔热的半透明光伏器件，具有重要的科学意义与应用价值。

张宇等研究人员采用双面DMD电极构建非对称法布里-珀罗微腔的新策略，制备了色彩可编程的多功能光伏窗户，成功实现了可见光颜色、透射光谱与红外反射的协同调控。该设计以底部 DMD 电极（MoO3/Ag/ZnO）与顶部 DMD 电极（MoO3/Ag/MoO3）作为一对反射镜，通过改变两侧 MoO3介质层厚度即可精细调节微腔共振条件，反射色可覆盖大部分 sRGB 标准色域空间。针对 DMD 电极近红外透过损失制约光伏效率的难题，团队进一步引入底部MoO3 退火策略，优化超薄银膜成膜质量，显著提升了电极的近红外透过率与电荷抽取效率。最终器件实现了多项关键性能的协同突破：sRGB 色域覆盖约为ITO 基器件的2倍，显色指数高达89.8，平均可见光透过率35.9%，光电转换效率10.07%，红外阻隔率达91.59%。该可编程光伏窗户将广色域显色、高色彩还原度与卓越热管理能力集于一体，可为低碳建筑外立面提供兼具审美价值与节能效益的多功能光伏方案。

相关链接： https://doi.org/10.1002/adfm.76982