用于室内太阳能应用的新型非富勒烯受体

已经发现有机光伏(OPV)电池是可以将太阳能转换为电能的第三代太阳能电池技术，在低光强度的室内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耗，离网电子设备供电的巨大潜力。

尽管具有巨大的潜力，但OPV电池的功率转换效率目前受到其开路电压大量损失的限制。另外，过去的研究表明，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，中国中科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，可以使高性能有机光伏电池用于室内应用。可以将这种新的受体发表在《自然能源》上的论文中，可以将其与聚合物供体混合，以获得吸收光谱与室内光源相匹配的光敏层。

将有机太阳能电池(例如OPV)中的光能转换为电能的活性层由两个分子的精细混合物组成，这两个分子称为施主和受主。从本质上讲，可以调整这些分子以吸收具有不同波长的光的类型。

进行这项研究的研究人员之一乔纳斯·伯格奎斯特(Jonas Bergqvist)对TechXplore表示：“在这项工作中，我们提出了一种经过调节以吸收可见光的供体/受体组合。”“调节供体和受体在太阳光照射下也能提供1.24V的高压。”

Bergqvist和他的同事将他们开发的称为IO-4Cl的受体与一种称为PBDB-TF的聚合物供体结合在一起。通过将这两种分子结合在一起，它们获得了具有与室内光源一致的吸收光谱的光敏层，使其非常适合于室内应用。

Bergqvist说：“许多用于有机光伏的高性能受体的带隙很低，吸收起始波长约为800 nm。”“在这项工作中，我们修改了受体ITIC以增加带隙，并使材料吸收与室内照明光谱相匹配(与可见光400-700 nm相匹配)。”

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了更高的能量性能。研究人员在唯一的照明是低强度LED灯的情况下，评估了受体的性能，模拟了各种室内空间(包括客厅，图书馆和购物中心)的典型条件。

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的设备(即4 cm2)时，他们实现了23.9%的卓越功率转换效率。

Bergqvist说：“我们社会的数字化正在迅速发展，物联网和智能设备是一个强劲增长的市场。”“这些设备中的许多设备消耗的电量很少，高效的光能收集设备可以为它们供电。高性能的OPV与印刷和涂布辊到辊的生产相结合，显示出为联网的智能事物供电的巨大潜力。”

Bergqvist及其同事开发的宽间隙，非富勒烯受体最终可以在室内环境中的有机光伏电池中实现更高的性能。这可能对更先进的太阳能电池技术的发展具有重要意义，该技术不仅限于室外应用。

参与这项研究的另一位研究员高枫对TechXplore表示：“我们可以轻松地调节这些有机材料的吸收光谱，从而使室内光转换的效率最大化。”“对于商用硅太阳能电池来说这是不可能的。因此，我真的相信有机太阳能电池为室内应用(例如为物联网供电)提供了独特而有希望的候选者。”

在未来的几年中，由这组研究人员开发的新的OPV细胞受体可以用于制造更节能的设备。在未来的工作中，Bergqvist，Gao及其同事计划与中国科学院的侯建厚一起继续开发受体，研究改善其性能的新方法。

例如，增加光电流可以导致功率转换效率的进一步提高。研究人员进行的计算表明，从理论上讲，有可能将其功率转换效率提高到40%以上。

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