新型四端串联有机太阳能电池实现16.94%的电力转换效率

ICFO 的研究人员制造了一种新型串联配置的四端有机太阳能电池，功率转换效率 (PCE) 为 16.94%。新器件由高度透明的前电池组成，其中包含仅7nm的透明超薄银(Ag)电极，保证了其高效运行。

两端串联有机太阳能电池(OSC)是解决单结太阳能电池传输和热化损失的最有前途的方法之一。这些有机太阳能电池由具有不同带隙的前部和后部子电池组成，从而能够更广泛地吸收和利用太阳光谱。然而，在这种配置中实现最佳性能需要两个子电池之间有足够的电流平衡。此外，制造这些类型的串联有机太阳能电池具有挑战性，因为它们需要坚固的互连层，能够促进有效的电荷重组，同时保持高透明度。

四端子串联配置已成为太阳能电池设计中的高效替代策略。与两端方法不同，这种配置具有用于透明前电池和不透明后电池的独立电连接。因此，电流匹配问题不再是限制因素。这种设置可以更灵活地选择串联的每个电池的带隙，从而优化光子吸收并提高太阳能生产的整体效率。

现在，在《Solar RRL》杂志上发表的一项新研究中，ICFO 研究人员Francisco Bernal-Texca和Jordi Martorell 教授描述了四端子串联有机太阳能电池的制造方法，该电池已实现 16.94% 的功率转换效率 (PCE)。这一成就的核心是超薄透明银电极的制造，这是一个关键部件，在优化串联太阳能电池的性能方面发挥着关键作用。

为了制造这种新设备，研究人员首先探索了用于两种电池光敏层的有机材料。他们检查了前电池的三种不同混合物的有效性，该前电池旨在收集高能光子。最终选择了性能最好的混合物，名为 PM6:L8-BO。对于背面不透明电池，研究人员决定使用 PTB7-Th:O6T-4F 混合物，其带隙较窄，这使其更适合吸收光谱的透视 部分(低能光子)。

选择混合物后，研究人员使用数值方法设计了四串联 OSC 的最终结构。他们使用矩阵形式与传统的逆问题解决方法相结合来找到太阳能装置的最佳性能和最终配置。

厚度仅为7nm的超薄透明银电极的制造是当前研究的关键内容。该元件被放置在前电池的背面，确保良好的光传输，为后电池供电。用于透明太阳能电池应用的传统顶部银电极的厚度通常为 9 至 15 nm。

其生产需要对实验室条件进行细致的控制，以确保精度和一致性。然后电极堆叠有三氧化钨(WO3)和氟化锂(LiF)交替的三个介电层。这种光子多层结构具有至关重要的作用，因为它位于两个电池之间，有利于高效、均匀的光分布。研究人员写道：“这种结构在 750-1000 nm 范围内表现出高透射率，在 500-700 nm 范围内表现出高反射率”。

“透明银中间电极的开发对于太阳能电池的高效运行至关重要。它必须呈现出一种微妙的平衡，足够透明以允许光线到达背面电池，同时保持高导电性以确保正面电池的最佳性能。” ICFO 研究员兼该研究的第一作者Francisco Bernal说道。 “能够在不观察前透明电池损耗的情况下制造仅 7nm 的电极，是透明电池领域的重大进步”。

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