效率9.4%太阳能窗户透光率42%绿色溶剂规模化半透明有机太阳能

主要内容

半透明有机太阳能电池（ST - OSCs）凭借其独特的光学特性，能够选择性地吸收紫外光（UV）和近红外光（NIR），同时允许可见光波长透过。这一特性使其在太阳能窗户和建筑集成光伏领域展现出极为广阔的应用前景。然而，在追求高效、高透明度以及可规模化生产的过程中，该领域一直面临着诸多重大挑战。

在此背景下，中科院宁波材料所葛子义教授、刘权教授领衔的科研团队，于本研究中取得了重要突破。团队采用绿色溶剂工艺，成功制备出大面积太阳能组件，这些组件不仅性能优异，而且均匀性良好。为达成这一成果，团队整合了一系列策略来减少非辐射复合损失，同时采用成本效益高的双层纳米光子结构，并运用高质量的12纳米薄银顶电极，最终成功制备出高性能的半透明器件。该器件光电转换效率（PCE）达到10.2%，平均可见光透射率（AVT）为42%，光利用效率（LUE）高达4.2%，在效率和平均可见光透射率之间实现了良好的平衡。

在将器件规模扩大至5×5平方厘米的大面积组件过程中，团队对飞秒激光划刻工艺和无效区域设计进行了细致优化，成功实现了高达96.1%的几何填充因子（GFF）。其中，不透明组件的活性区效率达到13.0%；而半透明组件在平均可见光透射率（AVT）大于40%的条件下，光电转换效率仍可达9.4%，且展现出优异的可重复性。在多个样品中，这两种类型组件的光电转换效率偏差均小于0.3%，充分凸显了团队制备方法的可扩展性和可靠性。

具体而言，在器件制备过程中，团队通过优化活性层并整合双层纳米光子结构（NPS），在效率和平均可见光透射率（AVT）之间实现了显著平衡，性能最佳的ST - OSCs光电转换效率（PCE）达到10.2%，平均可见光透射率为42%，光利用效率（LUE）高达4.2%。这些半透明组件的光利用效率超过4.2%，并且能够依据人眼敏感的明视觉响应来定制透射光谱，这使得它们成为窗户光伏和温室应用的极具潜力的候选者。

展望未来，团队的工作将聚焦于进一步提升半透明有机太阳能电池的性能。具体而言，将通过减少非辐射复合损失、设计更先进的纳米光子结构，以及探索可扩展的制造技术，如高质量的狭缝涂布技术，该技术能够在较大面积上实现精确的厚度控制和均匀的混合形貌。同时，延长组件的实际使用寿命也是未来工作的重点方向。通过攻克这些挑战，团队旨在加速半透明有机太阳能技术的商业化进程，推动其广泛应用，为可持续能源解决方案的发展贡献更大力量。

文献信息

Green-Solvent-Processed Scalable Semi-Transparent Organic Solar Modules with 9.4% Efficiency and 42% Visible Transparency for Energy-Generating Windows

Chengcheng Han, Ze Jin, Chen Shen, Mengli Liu, Wei Song, Quan Liu, Ziyi Ge

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202501682