太阳能作为热门的清洁能源之一，近年来迎来巨大发展，其中有机光伏凭借重量轻、半透明、轻薄和柔性等优点成为目前热门的研究和发展领域之一。半透明有机光伏在光伏建筑一体化、农业大棚、智能窗户等多种场景中具有广泛应用，成为了有机光伏的一个重要研究方向。半透明有机光伏的可见光透过率与光电转换效率之间存在平衡关系，半透明器件的效率低于不透明器件。因此，探究由不透明到半透明过程中器件的光损失和电损失，对于提高半透明器件效率具有重要的研究意义。
近日，我院程沛研究员/王嘉宇副研究员团队在Cell Press旗舰刊Joule发表了题为《Optical and electrical losses in semitransparent organic photovoltaics》的研究论文（https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.12.011）。其中，该团队研究了PM6:BTP-eC9体系从不透明到半透明转变过程中光电性能的变化，发现随着电极减薄，器件吸收分别损失了1.9%、5.1%和11.4%，但与之对应的电流损失分别为2.8%、11.0%和19.7%。为了阐明该变化过程和额外电流损失的来源，该团队系统研究了半透明器件的光学性质和器件物理过程。结果显示，器件电极越薄，双分子复合越少，激子解离效率越高。然而，电极变薄使电极的抽取能力降低，陷阱辅助复合增加，最终降低了半透明器件的性能。
为进一步量化器件电流损失，该团队基于电容谱平台并使用定量分析模型评估了不透明器件和半透明器件中的电荷复合过程。通过一系列表征、拟合和计算，发现在从不透明到半透明器件转化过程中，Langevin前因子ξ从0.0254逐渐下降到0.0125，体缺陷态密度基本不变，表面缺陷态的密度从9.30×109cm-2显著增加到2.29×1015cm-2。进一步计算发现，随着顶电极变薄，双分子复合电流逐渐下降，体缺陷辅助复合电流基本不变，表面缺陷辅助复合电流显著增加。此外，本文中还针对PTB7-Th:PC71BM、PTB7-Th:IEICO-4F等其他体系进行了研究，得出了相同的结论。以上系统性研究证明表面缺陷是造成半透明器件性能损失的主要原因。这一工作为高性能半透明有机光伏的制备提出了发展方向，并提供了一种量化分析器件电流损失的有效方法。本文通讯作者是王嘉宇副研究员和程沛研究员，四川大学为第一单位。
此外，该团队近期还在Chemical Society Reviews（http://dx.doi.org/10.1039/D3CS00233K）、Angewandte Chemie International Edition（https://doi.org/10.1002/anie.202307622）和Advanced Functional Materials（https://doi.org/10.1002/adfm.202313594）等期刊发表了一系列半透明有机光伏相关成果，程沛研究员、王嘉宇副研究员、严岑琪副研究员为以上论文通讯作者，四川大学均为第一单位。该系列研究成果得到了国家自然科学基金委、四川省科技厅、西藏自治区科技厅和高分子材料工程国家重点实验室等的资助。
论文链接：
1.Joule2024, DOI: 10.1016/j.joule.2023.12.011. (https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.12.011)
2.Chem. Soc. Rev.2023,52, 4132-4148. (http://dx.doi.org/10.1039/D3CS00233K)
3.Angew. Chem. Int. Ed.2023,62, e202307622. (https://doi.org/10.1002/anie.202307622)
4.Adv. Funct. Mater.2024,DOI:10.1002/adfm.202313594. (https://doi.org/10.1002/adfm.202313594)
撰稿人：王嘉宇
编辑：杨燕玲
审核：刘向阳
