论文信息：Pseudo-Planar Heterojunction Organic Photovoltaics with Optimized Light Utilization for Printable Solar Windows

合作单位：南昌大学陈义旺团队

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      现有的活性层构造对于在太阳能窗中使用半透明有机太阳能电池（ST-OSCs）是有缺陷的。近日，南昌大学陈义旺教授、胡笑添研究员与中南大学张霖教授等人通过引入伪平面异质结 (PPHJ) 结构成功地打印了可扩展的太阳能窗。PPHJ结构可以有效提高平均可见光透射率（AVT），同时由于降低了光损耗，提高了半透明器件的功率转换效率（PCE）。此外，封装窗口中嵌入的超疏水图案化软插入层（PSIL）提高了防水性能，同时不损失透明度。因此，基于Y6系统的半透明装置的最大效率为14.62%，具有相当大的20.42%的AVT。得到的太阳能窗达到13.34%的稳定效率，具有出色的防水性能。此外，在室温下模拟降雨条件下放置1200 h后，单边破碎的太阳能窗的PCE保留了初始效率的70.6%。该工作以题为“Pseudo-Planar Heterojunction Organic Photovoltaics with Optimized Light Utilization for Printable Solar Windows”发表在《AM》上。

【文章要点】

一、不同器件结构的性能比较

在这项工作中，作者引入了PPHJ结构来提高ST-OSC在可扩展打印过程中的性能（图1a）。活性层的构象结构设计是提高半透明器件PCE的同时提高AVT值的有效方法。基于BHJ和PPHJ结构的半透明器件示意图如图1b、1c所示，发现基于PPHJ结构的ST-OSC的光损耗小于基于BHJ结构的ST-OSC。虽然为了增强PCE而加入第三成分可能会导致比二元薄膜更多的光散射，但采用PPHJ结构可以减轻光损耗。在三元薄膜中，基于PPHJ结构的D/A界面较少和优化的活性层形貌降低了光的散射和寄生吸收，有助于提高光利用率。因此，基于PM6/ICBA:Y6的半透明器件PPHJ结构的最大效率为14.62%，伴随着相当大的20.42%的AVT。更重要的是，通过比较基于BHJ和PPHJ结构的ST-OSCs在所有选定系统中的性能，证明了PPHJ结构在ST-OSCs制备中的普遍性。

 二、器件的防水性能研究

 除了高光伏性能外，长期防水性能也是太阳能窗实际应用的主要因素。为了进一步探索其性能，制造了具有封装的大面积ST-OSC。如图2a所示，基于PPHJ结构的大面积（1.00 cm2）封装PM6/ICBA:Y6三元ST-OSC的PCE为13.34%。图2d总结了过去两年发表的部分代表性文章中ST-OSC的性能。这说明ST-OSCs在这项工作中取得的性能是宝贵的。为了将ST-OSCs转换为可扩展的太阳能窗，ST-OSCs与高光利用效率和合适的封装策略的结合对于实现实际应用至关重要。在太阳能窗的实现方面，作者在双层玻璃封装中加入了超疏水图案化软插入层（PSIL），可以避免AVT损失并提供长期防水性能。然后，基于PM6/ICBA:Y6的太阳能窗实现了13.34%的稳定效率和出色的防水性能。并通过将单边碎玻璃封装的半透明器件直接浸入去离子水中来研究防水性能。由于PSIL的超疏水性和封装性，单侧破碎的太阳能窗在室温下模拟降雨条件下放置1200小时后，其PCE仍保持70.6%的初始效率。

上述研究工作得到国家自然科学基金、江西省“双千计划”科技创新高端人才项目，以及江西师范大学氟硅能源材料与化学教育部重点实验室、北京大学长三角光电科学研究院等支持。

 论文原文链接：

 https://doi.org/10.1002/adma.202201604