电子科大《EES》：迄今为止性能最好的无ITO有机太阳能电池

近年来，有机太阳能电池（OSC）取得了突飞猛进的进步，功率转换效率（PCE）达到了17%，这在很大程度上得益于非富勒烯受体（NFA）和相关设备架构的发展。在过去的20年中，基于富勒烯的OSC的PCE达到了约12％，这是因为在较长波长区域遇到了明显的能量损失和吸收不良。相反，基于NFA的OSC允许利用从可见光到近红外的宽范围太阳光子，并减少了能量损失，从而改善了器件的短路电流（Jsc）和开路电压（Voc）。到目前为止，大多数高性能的NFA OSC仅在最佳厚度为~100 nm的体异质结（BHJ）层上才能很好地工作。在这种条件下可以达到接近100％的内部量子效率。然而，BHJ层在厚度较薄时光捕获不足，造成了光吸收率和外部量子效率（EQE）不到80％，因此影响了它们可获得的效率。要获得高效的OSC器件，则需要很好地平衡电压损耗与光电流生成之间的关系。

来自电子科技大学光电科学与工程学院的黄江研究员和浙江大学的李昌治教授通过结合新设计的柱状微腔（CPM）来开发高性能的不含昂贵电极氧化铟锡（ITO）的OSC器件，借助于图案化的纳米压印模板，将微纳的表面结构引入底电极、活性层和顶电极等整个OSC器件中，实现了光散射、光耦合和局部表面等离子体激元效应的协同作用，大幅提高了活性层的光吸收效率。对于厚度接近100nm的薄BHJ而言，OSC的光电流密度（Jsc）值得到了很大的提高。此外，在经过自组装单层（SAM）处理的无ITO OSC中可确保高开路电压（Voc）和填充因子（FF）。结果表面，对于三元PBDB-T-SF：ITIC-Th：IT-4F和二元PM6：Y6混合物，无ITO倒置型OSC的功率转换效率（PCE）分别达到了15.5％和17.5％，同时，显示出更低的入射角依赖性的理想特征。总体而言，这些具有CPM的OSC不仅比相应的ITO器件具有显着的性能增强，而且代表了迄今为止性能最好的无ITO的OSC。

Huang Jiang; Zhao Dan; Dou Zifan; Fan Qingshan; Li Na; Peng Shuihai; Liu Haoran; Jiang Yadong; Yu Junsheng; Li Chang-Zhi. Highly efficient ITO-free organic solar cells with a column-patterned microcavity, Energy & Environmental Science, 2021, 14(5): 3010-3018.

报道来自微信公众号“材料科学与工程”。

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