有机太阳能电池（Organic Photovoltaics，OPVs）是采用有机导电材料来收集太阳能的一种电池，又称塑料太阳能电池。与传统硅太阳能电池相比，有机太阳能电池的一个显著优势就是可以制作成半透明甚至透明器件，并应用于智能手机、电脑等便携式电子设备及建筑物表面。该半透明太阳能电池可将日常采光与太阳能发电融为一体，有望作为高楼大厦外层装饰、车辆挡风玻璃等替代品。除了具备传统玻璃的功能之外，该类材料又增加了光电转化功能，无疑对拓展太阳能电池的应用范围具有重要的意义。

美国密西根大学的Stephen Forrest教授研究团队与苏州大学的廖良生教授研究团队合作，利用人类肉眼无法识别的近红外光线成功开发出具有高透光率、高光电转化效率的半透明太阳能电池。该太阳能电池在43%的可见光透过下仍然可以获得7.1%的光电转化效率，表现出广阔的市场应用前景。若发展良好，该半透明太阳能电池有望代替传统玻璃镶嵌在建筑物窗户上，实现智能化窗户的设想。

研究人员利用氯原子的吸电子作用，合成了一种具有强近红外吸光能力的受体分子BT-CIC。该分子采用以苯并二噻吩（BDT）为基本单元的梯形共轭骨架，2-(2,3-二氯-3-氧代-1H-茚-1-亚基)丙二腈为吸电子单元，在保证平面性的同时加强了分子内电荷的转移，从而推动吸收光谱的红移。与传统的氟取代化合物相比，氯取代化合物合成简便、价格便宜，更有利于光伏材料的商业化。经测定，该分子的能隙低至1.3 eV，吸收边缘达到950 nm。在选择性吸收近红外光的条件下，基于该分子的普通非透明太阳能电池器件的效率可达到11.2%，同时具备较高的开路电压（0.70 V）和短路电流（22.5 mA/cm2）。特别需要指出的是，与传统的近红外太阳能电池在近红外光部分光电转化效率较低不同，该电池在近红外光部分表现出很高的光电转化效率。在650-850 nm的区间内，该器件的外量子效率可达到75%以上，在有机太阳能电池中十分罕见。当使用透明电极时，该器件在43%的可见光透过下，表现出大于7%的光电转化效率，CIE为（0.29, 0.32），显色指数为91。这一研究结果为克服高效近红外光伏材料短板，加速开发高效半透明以及叠层有机光伏器件提供了新的思路。

图一. BT-IC和BT-CIC的化学结构以及紫外可见光谱。

图二.（a）基于PCE-10:PC71BM (1:1.5, w/w)、PCE-10:BT-IC (1:1.5, w/w)和PCE-10:BT-CIC (1:1.5, w/w)有机光伏器件的电流密度-电压特性曲线；（b）外量子效率的特性曲线。

图三. 半透明太阳能电池器件。

相关研究工作发表在Journal of the American Chemical Society 上。第一作者为目前正在美国密西根大学从事博士后研究的李永玺博士。

论文信息：High Efficiency Near-Infrared and Semitransparent Non-Fullerene Acceptor Organic Photovoltaic Cells J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 17114, DOI: 10.1021/jacs.7b11278

来源：X一MOL资讯