上海大学王生浩&徐韬团队与香港浸会大学朱福荣AEM：高通量计算筛选的透明近红外反射镜实现高效高透明有机太阳能电池

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前言回顾

有机太阳能电池具有成本低、质量轻、可弯曲等优势，是备受瞩目的新一代绿色能源技术。更值得关注的是，有机光伏材料可通过化学剪裁实现对其吸收光谱的精确调控，从而表现出可见光半透明的独特性质，这一既透光又发电的特性将光伏技术的应用场景拓展到光伏建筑一体化与光伏农业大棚等新兴领域，为光伏产业注入了全新的概念。目前，半透明有机太阳能电池（ST-OSCs）的发展仍面临着一个核心挑战：如何在保持良好的平均可见光透过率（AVT）的同时实现较高的能量转换效率（PCE）。因此，亟需发展高效的光学调控手段以提升器件在非可见光区的光吸收，尤其对于目前仍未被高效利用的占太阳光能量>50%的近红外光。

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文献简介

近日，上海大学王生浩&徐韬与香港浸会大学朱福荣团队针对ST-OSCs中高光学透过和高光电转换相互竞争这一核心问题，提出一种半透明光伏器件近红外光学调控的新策略：在半透明有机太阳能电池结构里引入一个低/高折射率的“透明近红外反射镜”顶电极，釆用高通量计算方法优化相关材料和参数，实现可见光高透明高效有机太能电池。通过光学调控优化，基于三元活性层体系PM6:BTP-eC9:L8-BO的ST-OSCs获得了15.2%的PCE，32%的AVT以及82的显色指数（CRI），刷新了半透明光伏领域的效率记录。

图1. 近红外光学调控协同提升ST-OSCs性能

具体而言，本工作构筑了一个具有极快运行速度的薄膜光学计算模型并应用于半透明光伏器件，将透明近红外反射镜的各层膜厚与材料选择均视为自由变量，通过高通量计算详细考察所有可能的材料与膜厚组合（数十万种）对器件性能的影响规律，筛选确定Na3AlF6(170 nm)/ZnS(110 nm)这一最优配置，最大程度地提升半透明器件的PCE与AVT这两个相互制约的核心指标，实现可见光高透明高效有机太阳能电池。并且系统研究了器件内部的光场分布与活性层的激子产生速率，结果表明：透明近红外反射镜能够将未被有效吸收的近红外光子反射回活性层中从而实现近红外光的二次吸收，并同时提升可见光的透过率。

图2. 高通量计算指导的低/高折射率透明近红外反射镜的设计及机理研究

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文献总结

综上，本工作的研究成果表明基于高通量计算的近红外光学调控对于科学、高效设计高性能半透明光伏器件的重要性和普适性，展现了该方法广泛的应用潜能。相关研究成果最新发表于能源材料领域国际知名期刊《Advanced Energy Materials》上，题为“High-Throughput Computing Guided Low/High Index Optical Coupling Layer for Record-Performance Semitransparent Organic Solar Cells”。

本文关键词：半透明有机太阳能电池，近红外光学调控，高通量光学筛选，三元器件。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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