新型四端串联有机太阳能电池实现了16.94%的功率转换效率

ICFO研究人员制造了一种新的四端有机太阳能电池，其串联结构的效率达到16.94%。这种新设备由一个高透明度的前端单元和一个仅7纳米厚的透明超薄银（Ag）电极组成，确保其高效运行。

两端串联有机太阳能电池代表着解决单结太阳能电池传输和热化损失的最有前景的方法之一。这些有机太阳能电池由具有不同带隙的前后子单元组成，能够实现更广泛的吸收和利用太阳光谱。然而，在这种配置下实现最佳性能要求两个子单元之间的足够电流平衡。此外，制造这种类型的串联有机太阳能电池是具有挑战性的，因为它们需要一个强大的互连层，能够促进高效的电荷复合同时保持高透明度。

四端串联配置已经成为太阳能电池设计中一种高效的替代策略。与两端方法不同，这种配置为透明的前端单元和不透明的后端单元提供了分开的电连接。因此，电流匹配的问题不再是一个限制因素。这种设置使选择串联中每个单元的带隙具有更大的灵活性，从而优化光子吸收并增强太阳能生产的整体效率。

ICFO的Francisco Bernal-Texca和Jordi Martorell教授在期刊Solar RRL上发表了一项新研究，描述了一种四端串联有机太阳能电池的制造，其功率转换效率达到了16.94%。这一成就的关键在于制造了一种超薄透明的银电极，这是优化串联太阳能电池性能的关键组成部分。

为了制造这种新器件，研究人员首先研究了用于两个单元的光活性层的有机材料。他们检查了三种不同的混合物对于前端单元的有效性，并最终选择了表现最好的混合物PM6:L8-BO。对于后端不透明单元，研究人员决定使用PTB7-Th:O6T-4F混合物，其窄带隙使其更适合吸收光谱的红外部分（低能光子）。

在选择了这些混合物之后，研究人员采用了数值方法来设计四端串联有机太阳能电池的最终结构。他们利用矩阵形式主义结合传统的逆问题求解方法来找到太阳能装置的最佳性能和最终配置。

制造只有7nm厚的超薄透明银电极是当前研究的关键因素。这一元素被放置在前端单元的背面，确保良好的光传输以为后端单元供电。传统的透明太阳能电池应用的顶部银电极通常厚度在9至15 nm范围内。

研究人员测试了该器件在1 sun照射下的光伏性能，并测量了其量子效率。该器件实现了16.94%的功率转换效率，这在目前来看是四端串联有机电池所达到的最高效率。研究的作者指出，有机串联器件的当前官方效率记录为14.2%，而四端有机串联的最后报告的PCE为6.5%。

研究人员目前正致力于优化、调节和增强专门用于太阳能燃料等应用的方法和结构设计。通过优化方法和设计策略，研究人员的目标是释放这些器件在利用太阳能进行多种可持续能源转换过程中的全部潜力，例如CO2转化和评价。