用于室内太阳能应用的新型非富勒烯受体

研究发现，有机光伏(OPV)电池是将太阳能转化为电能的第三代太阳能电池技术，在低光强室内LED照明下比硅电池更有效。这些电池还显示出为室内环境中的低功率和离网电子设备供电的巨大潜力。

虽然潜力巨大，但OPV电池的功率转换效率目前受到其开路电压损失较大的限制。此外，以前的研究表明，当用于室内照明时，它们的吸收光谱远非最佳。

为了克服这些限制，来自中国科学院和瑞典林雪平大学的研究人员团队最近设计了一种非富勒烯受体，可以使高性能的有机光伏电池用于室内应用。这种新的受体可以发表在《自然能源》的论文中，它可以与聚合物供体混合，得到吸收光谱与室内光源相匹配的感光层。

将有机太阳能电池(如OPV)中的光能转化为电能的活性层由两种分子的精细混合物组成，这两种分子被称为供体和受体。本质上，这些分子可以被调整来吸收不同波长的光。

进行这项研究的研究人员之一乔纳斯伯格伯格奎斯特告诉TechXplore:“在这项工作中，我们提出了一种供体/受体组合，它被调整为吸收可见光。”"调节供血者和受血者在阳光下也能提供1.24伏的高电压."

Bergqvist和他的同事们将他们开发的IO-4Cl受体与PBDB-TF聚合物供体结合起来。通过将这两种分子结合在一起，他们获得了与室内光源具有相同吸收光谱的感光层，这使得它非常适合室内应用。

Bergqvist说：“许多用于有机光伏的高性能受体具有非常低的带隙，初始吸收波长约为800纳米。”“在这项工作中，我们修改了受体ITIC，以增加带隙，并使材料的吸收与室内照明光谱相匹配(匹配400-700纳米的可见光)。”

研究人员在材料中观察到的宽带隙导致更高的电压，从而在室内环境中实现更高的能量性能。当唯一的照明是低强度LED灯时，研究人员评估了受体的性能，并模拟了各种室内空间的典型条件，包括客厅、图书馆和购物中心。

在这些测试中，他们开发的受体使用1 cm2的设备实现了高达26.1%的功率转换效率。当Bergqvist和他的同事测试由其接收器供电的更大设备(即4 cm2)时，他们实现了23.9%的出色功率转换效率。

Bergqvist表示：“我们社会的数字化正在快速发展，物联网和智能设备是一个强劲增长的市场。”“这些设备中的许多消耗非常少的电力，高效的光能收集设备可以为它们供电。高性能OPV与印刷和涂层的卷到卷生产相结合，显示了为联网智能事物供电的巨大潜力。”

Bergqvist和他的同事开发的宽禁带、非富勒烯受体最终可以在室内环境下在有机光伏电池中实现更高的性能。这可能对开发更先进的太阳能电池技术具有重要意义，这种技术不局限于户外应用。

参与这项研究的另一位研究人员高峰告诉TechXplore:“我们可以很容易地调整这些有机材料的吸收光谱，从而最大限度地提高室内光转换的效率。”“这对于商用硅太阳能电池来说是不可能的。因此，我真的相信有机太阳能电池为室内应用提供了一个独特而有前途的候选，比如为物联网供电。”

在未来几年，这组研究人员开发的新OPV细胞受体可用于制造更多节能设备。在未来的工作中，Bergqvist，高和他们的同事计划继续与中国科学院侯一起开发受体，并研究新的方法来提高它们的性能。例如，增加光电流可以导致功率转换效率的进一步提高。研究人员的计算表明，从理论上讲，有可能将其功率转换效率提高到40%以上。