具有接近15%能量转换效率的有机太阳能电池

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1、网络出版时间：2017-12-2617:32:25网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1857.O6.20171226.1732.002.html第2期高分子学报No.22018年2月ACTAPOLYMERICASINICAFeb.,2018*具有接近15%能量转换效率的有机太阳能电池**崔勇姚惠峰杨晨熠张少青侯剑辉(中国科学院化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室北京100190)摘要对叠层有机太阳能电池中的前、后子电池之间的光谱匹配性进行了优化调制.最终，选用带隙为1.24eV的PTB7-Th:IEICO-4F作为后电池，带隙为1.

2、59eV的J52-2F:IT-M作为前电池制备了叠层电池.在这个叠层有机太阳能电池中，这2个子电池不仅具有互补的吸收光谱，还具有高的外量子效率，实现了对300~1000nm范围内太阳发射光谱的高效利用.此外，前、后电池的能量损失均得到有效的控制，分别为0.64和0.53eV.因此，从光伏性能具体参数上来看，本文制备的叠层器件兼具了高短路电流密度(JSC)和高开路电压(VOC)的优势，分别达到13.3mA/cm2和1.65V.该电池在本实验室内部测试的光伏效率高达14.9%，封装之后效率略有降低，由中国计量科学研究院(NIM)验证的光伏效率达到14.0%.这是目前有机光伏领域的国际最高结

3、果.关键词有机太阳能电池，聚合物太阳能电池，非富勒烯，叠层器件，能量转换效率有机太阳能电池(OSCs)由于质量轻、成本点对于降低热损失具有重要价值.因此，对于各低、柔性以及可大面积卷对卷印刷等优点在清洁种类型的光伏电池而言，构筑叠层结构的器件是能源领域受到广泛关注[1~5].近些年，随着新型有有效提升光伏性能的最佳途径.需要指出的是，机光伏材料的不断发展和器件的优化，单节有机尽管叠层电池在提升光伏效率方面具有突出优太阳能电池的能量转化效率(PCE)已经超过势，但是由于其涉及材料种类多[13~15]、电池制备13%[6].尽管这一结果在OSCs领域令人振奋，但难度大，高效率叠层电池仍然是

4、有机光伏领域的是单节电池始终面临着2个挑战.一方面是给受重要挑战.体材料吸收光谱窄，活性层不能充分利用太阳光.一个理想的叠层电池应该有尽可能高的开另一方面是当光子激发活性层材料电子跃迁时,路电压和短路电流密度.然而，在过去的数十年光子能量大于活性层材料的光学带隙会导致热中，以富勒烯为受体的器件在有机太阳能电池中能损失.这2个因素严重地限制了单节电池能量占据着主导地位.其光吸收特性的局限和器件高转化效率.能量损失的缺点限制了叠层有机太阳能电池效制备叠层电池是克服以上问题的一种有效率的提升.最近，得益于非富勒烯受体快速发展，方法[7~12].与单节电池相比，叠层电池通过堆叠器件的能量损失可

5、以降到0.6eV甚至更低[16~18].光谱互补的子电池实现对太阳光谱更加充分的另一方面，非富勒烯受体高度可调的光吸收特性利用.这一点对于提升外量子效率具有重要价值.和电子能级有利于实现高的开路电压和更充分同时，叠层电池中宽带隙的子电池俘获高能量的的太阳光谱吸收.因此有利于高效率叠层电池的光子输出高的V[19~21]OC，窄带隙的子电池能够俘获低制备.然而，到目前为止，仍然只有少量的能光子，提供与宽带隙子电池相匹配的JSC，因此文献报道非富勒烯叠层电池.2016年，李昌治和实现了对高能量和低能量光子的分别利用.这一陈红征合作以P3HT:SF(DPPB)4作为前电池，以*光电高分子专辑；

6、2017-10-26收稿，2017-11-09修稿；国家自然科学基金(基金号51673201，91333204，21325419，91633301)和中国科学院B类先导专项(项目号XDB12030200)资助.**通讯联系人，E-mail:hjhzlz@iccas.ac.cn本文附有电子支持材料，与正文一并刊载在本刊网站http://www.gfzxb.orgdoi:10.11777/j.issn1000-3304.2018.1729712高分子学报2018年PTB7-Th:IEIC作为后电池，制备了双层的非富IEICO-4F[26]制备后电池，吸收光谱的半峰宽相对勒烯叠层电池，获得了

7、1.97V的V[22][16]OC.2017年,于IEICO红移62nm.前后电池的组合实现了颜河课题组通过使用低能量损失的P3TEA:300~1000nm范围内更加有效的光谱利用.与此SF-PDI2制备了双层的非富勒烯叠层电池，获得同时，在制备的器件中，前电池和后电池的能了高达2.13V的V[23]量损失分别低至0.64和0.53eV，促使叠层器件实OC.但是，他们所使用的活性层材料吸收局限在800nm范围，导致低的短路电现理想的开路电压.最