激光网3月29日消息，在追求可持续能源解决方案的过程中，有机太阳能电池已成为一种很有前途的半透明应用技术，例如建筑集成光伏和温室。
通过操纵光吸收材料来微调OSC的光学特性的能力，为创建产生清洁能源同时允许可见光通过的设备开辟了令人兴奋的可能性。然而，平衡电源转换效率和透明度的挑战阻碍了半透明 OSC 的广泛采用。
现在，来自埃尔朗根-纽伦堡亥姆霍兹可再生能源研究所和利物浦大学的一组研究人员在应对这一挑战方面取得了重大突破。在最近发表在《先进功能材料》上的一项研究中，作者提出了一种新的模拟框架，该框架建立在成熟的Scharber模型之上，该模型已被广泛用于根据供体和受体材料的能级预测OSC的性能。
这种新模型的与众不同之处在于它结合了具有代表性的供体和受体材料的真实吸收光谱，从而可以更准确地预测OSC性能。通过系统地改变这些材料的带隙，研究人员能够绘制出可实现的PCE和平均可见透射率值的景观，为半透明OSC的供体和受体材料的最佳组合提供了有价值的见解。
该模型确定了高光利用效率的三个不同区域，这是一个平衡PCE和AVT的品质因数。当供体和受体在1.3电子伏特左右具有相对较小的带隙时，第一个最佳状态会出现，从而在近红外区域具有很强的吸收，同时在可见光谱中保持良好的透明度。第二个最佳方案来自宽带隙供体和窄带隙受体的组合，这最大限度地减少了吸收重叠并实现了宽的传输窗口。第三种最佳方案涉及两种材料的带隙非常宽，从而以降低PCE为代价实现出色的透明度。
有趣的是，当将他们的理论预测与文献中的实验数据进行比较时，研究人员发现，迄今为止报告的大多数高性能半透明OSC都使用了带隙与任何已确定的最优值不对应的供体和受体材料。这种差异表明，新指南可能会改变该领域的研究方向，鼓励使用更适合实现高 LUE 值的材料开发 OSC。
这项研究的意义超出了学术好奇心的领域。通过为设计具有最佳带隙组合的半透明OSC提供路线图，这项工作可以加速实际应用的开发，例如发电窗口和温室。将半透明的OSC集成到建筑物中可以显着降低其能源消耗，而在农业环境中的使用可以通过允许选择性传输光合有效辐射来提高作物产量。
为了证明他们方法的多功能性，研究人员还调整了他们的模型，以优化OSCs，以实现太阳光谱PAR区域的透明度。通过用植物作用光谱代替用于可见光的明视响应曲线，他们确定了四个不同的高LUE区域，其中最有希望的供体带隙为≈2.0 eV，受体带隙为≈1.3 eV。
这一发现凸显了针对特定应用定制 OSC 的潜力，进一步扩展了其效用。
虽然这项研究的结果很有希望，但在将这些理论见解转化为实际设备方面仍有挑战需要克服。研究人员对包含超过50000种已知有机半导体的能级的数据库进行了搜索，发现所有已确定的LUE最大值都对应于化学可及的带隙值。然而，合成具有所需带隙的新型有机半导体并优化其在OSC中的性能将需要进一步的实验工作。
此外，扩大半透明OSC的生产并确保其长期稳定性和耐用性对于其广泛采用至关重要。应对这些挑战需要材料科学、化学和工程等多个学科的研究人员共同努力。
尽管存在这些障碍，Forberich等人的工作代表了半透明有机太阳能电池发展的一个重要里程碑。通过提供强大的工具来预测和优化这些设备的性能，他们的模型为该领域的研究和创新开辟了新的途径。
