【摘 要】
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在全球能源结构转型和低碳化发展共识背景下,有机光伏逐渐成为了推动清洁可再生能源和绿色环保产业发展的重要分支方向。近年来,基于小分子受体体系的有机光伏器件光电转换效率已经到了1 9%以上。此外,随着物联网技术的兴起,各类低功耗微电子器件得到了广泛应用。这些低功耗器件的使用范围大多分布于弱光环境,对持续离网供能的能源技术提出了新的要求。相较于目前光伏生产中广泛使用的硅基材料,有机光伏材料的吸收光谱连续
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在全球能源结构转型和低碳化发展共识背景下,有机光伏逐渐成为了推动清洁可再生能源和绿色环保产业发展的重要分支方向。近年来,基于小分子受体体系的有机光伏器件光电转换效率已经到了1 9%以上。此外,随着物联网技术的兴起,各类低功耗微电子器件得到了广泛应用。这些低功耗器件的使用范围大多分布于弱光环境,对持续离网供能的能源技术提出了新的要求。相较于目前光伏生产中广泛使用的硅基材料,有机光伏材料的吸收光谱连续可调,光敏活性层中的缺陷复合效应较弱,并且在可见光波段具有较高的光透过率,这些特点使得有机光伏器件非常适合弱光下的光子收集。实现弱光环境下有机光伏器件的构筑和优异的性能,是拓展有机光伏使用场景,推进其真正走向实际应用和产业化的关键。然而现有研究中,对弱光环境下有机光伏器件应用及器件制备策略的讨论仍不充分,限制了有机光伏器件在弱光环境下的进一步发展。针对以上问题,本文以室内和海平面下两种弱光环境为例,提出并制备了适用于该环境的有机光伏器件,并对其作用机理进行了深入研究,具体工作内容如下:（1）我们对宽、窄带隙有机光伏器件在AM 1.5G太阳光和室内弱光LED照明下的性能进行了评估和比较。研究发现,在光环境转换时,即从AM 1.5G太阳光转换为室内弱光LED照明时,宽、窄带隙有机光伏器件仍保持原有的开路电压差距,宽带隙有机光伏器件在所有器件中仍具备最高的开路电压,在1000lux2700KLED照度下,PBDB-T:BTA3器件的效率超过了 25%,开路电压接近1V;而器件的短路电流和填充因子极易受到入射光强骤降影响,窄带隙有机光伏器件的原有的高短路电流和填充因子显著降低。本工作通过后续综合激子及载流子行为分析得出,在室内弱光环境中,使用宽间隙材料获得高VoC是获得高性能器件的关键条件。（2）我们评估了有机光伏器件应用于海洋光环境下的工作潜力。海洋能源由于其不稳定性问题,难以直接为数以万计的离网式探测器和传感器等海洋工作设备持续提供充足的能源供应,而有机光伏材料具备高吸光度和连续可调吸收光谱等优势,使得有机光伏器件成为海洋低功耗电子器件理想的能源供应电池。在实验室环境下,我们制备并比较了基于聚合物给体PM6与窄带隙受体Y6、IT4F以及宽带隙受体IO-4C1等共混体系的器件在海洋光照条件下的光伏性能。由于器件的吸收光谱与水下剩余辐射光谱匹配良好,宽带隙PM6:IO-4Cl器件在水深5米时,获得了 23.11%的最优效率。这项工作证实了宽带隙有机材料在海洋有机光伏应用中的优越性。
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