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Small Methods: 有机太阳能电池中的光耦合综述

近几十年来,光伏电池作为可持续的清洁能源得到快速发展。按照使用材料可以分为硅,铜铟镓锡,钙钛矿,有机等类型的太阳能电池。基于有机半导体材料的有机太阳能电池由于其可溶液法制备、柔性、透明和轻量等优势而成为当下的研究热点之一。目前实验室报道的有机太阳能电池的能量转换效率已经超过14%,然而相比于硅基等无机材料太阳能电池,其能量转换效率仍然偏低。限制有机太阳电池效率的原因主要包括较短的激子传输距离、本体异质结中的电荷传输和开路电压损失等等。为了提高器件能量效率,研究人员将光耦合工艺应用到有机太阳能电池中,提高入射光的利用效率。

Small Methods: 有机太阳能电池中的光耦合综述

近日德国德累斯顿工业大学Karl Leo教授课题组的综述文章“Optical In-Coupling in Organic Solar Cells”,系统总结了光耦合在有机太阳能电池中的应用研究进展。该综述首先介绍了光耦合应用的几种形式,即使用图案化结构(Patterned Structure),随机散射结构(Random Scattering Structures),叠层结构电池(Multijunction)等。然后重点总结了有机太阳能电池使用图案化结构的光耦合应用。目前最为普遍的方式是在具有凸出图案结构的基底上的平整一面上制备电池,例如在基于小分子的有机太阳太阳能电池中,采用微尺度线结构的基底,效率提高幅度最高达到17%。制备非平整的具有相应结构的太阳能电池也被广泛应用,方法包括激光刻蚀,压印,压应力获得褶皱和折叠等。这些经过处理的表面均可实现光耦合而增加光的吸收从而实现能量转换效率的提升。作者最后总结了几种实现光耦合方式的优缺点。在图案化基底的平整一面上制备电池可以实现光滑的表面结构,但该图案结构结构容易被外力破坏,需要力学性能较好的光学填充物;在具有图案结构的一面可以制备出相应结构的电池,较大尺度的周期性结构具有更强耦合效应,但是活性层的加工存在困难;直接在活性层利用压印是一种较好地解决上述问题的方法。即使在优化的器件中,光耦合技术也能够提高约20%的吸收光子数。该综述在器件制备工艺角度为实现有机太阳能电池中的光耦合来提高光电转换效率提供了参考。

相关综述文章在线发表于Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201800123)。

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