透明光伏(TPV)技术不仅可以将太阳能转化为电能,而且可以提供自然的可见光环境,在生活中有着丰富的应用场景。例如,高透明度的太阳能电池可以被安装在办公室或客厅窗户上,既不影响建筑物美观和人眼舒适度,又可以最大程度利用建筑物外围空间发电。此外,在一些特殊的场景,TPV也有独特的应用优势,例如隐形自供电可穿戴设备。
目前TPV领域依然存在明显的挑战:(1)器件平均可见光透过率(AVT)难以超过80%,很难满足实际的应用功能和审美要求(建筑和车辆玻璃透光率通常要求达到70%以上);(2)随着器件AVT的提高,器件的光电转化效率(PCE)迅速下降,难以平衡器件透明度和效率。
近日,西湖大学研究团队以已知的有机半导体活性层材料为例,系统研究了器件的透明度和光伏性能之间的关系。通过控制吸光层膜厚,器件的AVT值可以精确控制在40%-85%。通过进一步调节给受体比例,可以实现器件的AVT值为70%和80%时,TPV器件的效率分别达到4.06%和2.38%。该效率是迄今为止高透明度TPV(AVT > 70%)领域报道的最高效率。
文章要点:
(1)研究发现,活性层薄膜的厚度是TPV透明度的主要影响因素,同时也会影响器件的效率;而给体-受体比例,仅对器件的效率有明显的影响,但对器件透明度影响不大;
(2)通过采用激光图案化技术,制备了大面积( ~10 cm2)的高透明度TPV模组。该模组可成功实现为手机等智能设备充电;值得说明的是,大面积TPV模组的透光率可以达到80%以上,其透明度达到甚至超过建筑物窗户双层玻璃的水平。
(3)首次报道了超柔TPV模组。超柔TPV器件可以轻松地贴敷在皮肤上,颜色明显浅于以往报道的任何柔性太阳能电池器件,有望用于开发隐形可穿戴电子设备中。
该工作于近期发表于柔性电子领域的期刊npj Flexible Electronics上。论文的第一作者为浙江大学-西湖大学联合培养博士生蒙蕤谦。西湖大学的姜倩晴博士和柳佃义博士为共同通讯作者。
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41528-022-00173-9
图a-b:活性层薄膜及TPV器件的AVT数据模型;
图c:器件PCE随AVT的变化趋势图;
图d:大面积TPV模组照片;
图e:大面积TPV模组用于给iPhone 6手机充电;
图f:超柔TPV模组。
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