有机叠层太阳电池的构建有效拓宽了活性层的光谱吸收，理论上可以突破单结电池的S-Q极限的限制，使得器件光电转化效率得以提升，体现出更好的应用前景。但叠层电池的构建与制备却仍然存在着巨大的困难与挑战，主要体现在两个方面，第一个是光吸收的分担导致两结子电池体现出较低的光生电流，最终导致叠层电池整体电流偏低；第二则是叠层电池对中间层的要求较高，包括良好的抗溶剂性能、光透过率、传输率和欧姆接触等。为了解决上述问题，有机叠层太阳电池亟需对活性层进行良好的光学调控，对中间层进行优化和改善，以此来提升光子的有效利用率和器件的结构完整性以及实现良好的可重复性。
北京化工大学谭占鳌教授课题组对这一问题进行了系统的研究，选用了性能良好的PBDB-TF:IT-4F作为前结子电池，以此来拓宽叠层前结基底电池的光谱吸收，并以带隙更窄的活性层PTB7-Th:IEICO-4Cl来与之进行匹配，通过三元策略、薄膜吸光厚度分配和形貌优化等优化手段对叠层电池的子电池活性层进行了光学调控，使得叠层电池的前后结子电池电流得到同步提升，最终获得较高的叠层电池平衡电流。研究人员引入了光学转移矩阵来对叠层各层材料nk值对实验进行指导，对数据进行模拟和分析，获得了可靠的计算证明和理论支撑。此外，研究者还引入了一种新型的全溶液加工中间层结构(m-PEDOT/TIPD)来降低器件制备难度、简化叠层电池结构，这种基于导电聚合物PEDOT:PSS与钛的乙酰丙酮螯合物TIPD的中间层结构避免了空穴传输层中间层三氧化钼及银的蒸镀过程，以及常规电子传输层中间层ZnO nps的复杂合成过程和难以保存的问题，解决了叠层电池制备困难和重复性差的问题，使叠层器件的制备难度更加接近单结电池，更加适合工业化生产；同时该中间层也表现了优异的光透过率、载流子传输性能和电导率，使器件光子捕获和利用率获得了显著提高。这一研究工作为后续的叠层电池器件制备工艺提供了新的思路，相关结果发表在Advanced Optical Materials上。
WILEY
论文信息：
Efficient Organic Tandem Solar Cells Enabled by Solution-Processed Interconnection Layer and Fine-Tuned Active Layer
Rui Zeng#, Runnan Yu#, Shengli Jin, Shan Jiang, Chao Zou, Siqian Hu, and Zhan’ao Tan*
Advanced Optical Materials
DOI: 10.1002/adom.202101246
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202101246
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