华南理工《AFM》：实现18.7%效率的串联有机太阳能电池！

有机太阳能电池(OSC)具有重量轻、性价比高、灵活性强、适合印刷生产等诸多优点，是一种很有前途的便携式、柔性电源。然而，串联有机太阳能电池(TOSCs)中的最大光电流通常是通过增加次电池的厚度来获得的，这会导致这种器件的复合增强，从而影响其功率转换效率(PCE)。

来自华南理工大学等单位的科研人员开发了一种高效的互连层(ICL)，其结构为ZnO纳米粒子：PEI/PEI/PEDOT：PSS，其使得TOSCs具有很好的重复性。研究发现，通过增加有源层中非富勒烯受体的比例，可以减小这类TOSCs的最佳前子单元厚度。本工作中使用的非富勒烯受体的吸收系数远大于前次电池中的给体吸收系数，当受体比例增加时，给体的吸收减少可以与受体的吸收减少很好地互补，从而导致即使薄膜较薄也能显著提高整体吸收。另一方面，非富勒烯受体在前次电池中的吸收系数远大于施主的吸收系数，当受体的比例增加时，施主的吸收减少可以得到很好的补偿，从而即使薄膜较薄也能显著地提高整体吸收。结果表面，该效应减小了前次电池的最佳厚度，并抑制了其电荷复合。相关论文发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202103283

总的来说，在这项工作中，构建了一种高效的非富勒烯TOSC，其中ICL由ZnO纳米粒子：PEI/PEI/PEDOT：PSS组成。该ICL具有良好的互连性能，使TOSCs具有很好的重复性。通过增加前次电池中非富勒烯受体TfIF-4Cl的比例，可以使TOSCs获得最大光电流的最佳前次电池厚度减小到一个较低的值。该策略在不显著增加前次电池厚度的情况下提高了前次电池的光子利用率，从而有效地抑制了有源层厚度增加时前次电池中发生的电荷复合。利用这种ICL和控制串联器件中光场分布的策略，本文同时实现了高J_SC和高FF，从而获得了高效率的TOSC，最佳PCE为18.71%(经第三方验证为18.09%)。这项工作表明，调节次电池中的供体和受体比例是同时获得较高的J_sc和FF值的一种有效策略，在进一步提高串联OSCs的效率时也应考虑到这一点。（文：SSC）

图1.a)有源层的化学结构；b)前单元和后单元的有源层吸收光谱；c)J-V曲线图.

图2.a)串接器件结构；b)ICL的透射谱；c)具有不同ICL的串接器件的J-V曲线。

图3.a)次电池中供体和受体的膜吸收系数

图4.不同次电池厚度的串联器件的J-V曲线

图5.a)近几年有效串联有机太阳能电池统计图