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  在過去的二十年中，環(huán)境污染和能源短缺已成為全球性問題，發(fā)展新型的可再生清潔能源技術(shù)迫在眉睫。聚合物太陽能電池具有重量輕、成本低、可柔性大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，受到了人們越來越多的關(guān)注。特別的是，有機(jī)半導(dǎo)體材料具有分子軌道結(jié)構(gòu)，其吸收光譜不像傳統(tǒng)無機(jī)半導(dǎo)體那樣連續(xù)。此特性為聚合物太陽能電池提供了一個獨(dú)特應(yīng)用，即半透明聚合物太陽能電池。

  2015年以來，新型窄帶隙非富勒烯受體材料的快速發(fā)展大大促進(jìn)了半透明聚合物太陽能電池的研究。從器件設(shè)計(jì)的角度來看，幾乎所有已報道的工作都是通過減小背電極（即反射電極）的厚度來獲得高的透光率。雖然器件在全太陽光光譜（包含可見光和紅外光）透光率得到了提高，但是這樣的設(shè)計(jì)思路犧牲了器件能量轉(zhuǎn)換效率，大大限制了高性能半透明聚合物太陽能電池的進(jìn)一步發(fā)展。因此，亟待開發(fā)能夠同時實(shí)現(xiàn)高能量轉(zhuǎn)換效率和高透光率半透明聚合物太陽能電池的新策略。

圖1. 器件示意圖，以及剛性或柔性半透明聚合物太陽能電池照片。

  最近，美國加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）材料科學(xué)與工程系的楊陽教授（Prof. Yang Yang）團(tuán)隊(duì)提出了一種采用“透明的空穴傳輸框架”的獨(dú)特策略試圖提高半透明聚合物太陽能電池的性能。如圖1所示，他們用寬帶隙P型聚合物PTAA部分取代PBDB-T/Y1活性層中的中帶隙給體聚合物PBDB-T（1.8 eV）。考慮到PTAA是具有2.9 eV的寬帶隙P型聚合物，用PTAA部分取代PBDB-T可有效地降低活性層在可見光區(qū)的吸收，但不會降低其在近紅外區(qū)的吸收，同時，由于PTAA是P型聚合物，它還可以起到給體聚合物的部分作用，包括傳輸空穴和幫助給受體相分離。通過該策略，他們分別在剛性和柔性基底上實(shí)現(xiàn)了同時具有12％的能量轉(zhuǎn)換效率和20％的可見光平均透過率的半透明聚合物太陽能電池。相關(guān)成果發(fā)表在Advanced Materials, 2020, DOI: 10.1002/adma.202003891上。論文的第一作者為楊陽教授課題組程沛博士，通訊作者為楊陽教授（楊陽教授現(xiàn)任西湖大學(xué)工學(xué)院院長）。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202003891