[发明专利]一种可用作发电窗户的高效三元有机太阳电池和发电窗户

说明书

本发明公开了一种可用作发电窗户的高效三元有机太阳电池和发电窗户，三元有机太阳电池分为半透明型和不透明型。其中，不透明型包括由下至上依次设置的衬底、阳极、阳极修饰层、三元活性层、阴极修饰层和阴极，半透明型还在阴极上设置光学折返层，其中，三元活性层由电子给体和两个结构类似的非富勒烯合金受体组成的共混膜构成。本发明采用BO‑4Cl和m‑BTP‑PhC6合金可实现能级和形貌的可控调节，在不透明器件中实现18.61％的能量转换效率(PCE)。此外，相应的半透明有机太阳能电池在采用给受体比例优化、增加光学折返层等手段后，获得了效率超过11％、红外隔热系数(IRR)0.90、显色指数(CRI)90以及人眼可视透过(AVT)32％的指标，具备了作为可视透明发电窗户的性能要求。

技术领域

本发明属于太阳电池领域，具体涉及一种可用作发电窗户的高效三元有机太阳电池和发电窗户。

背景技术

有机太阳能电池(OSC)，采用具备溶液可加工、吸光可调节的有机活性层，是一种广受关注的清洁能源技术，其可应用于集成光伏(BIPV)新型建筑，例如发电窗户。这是一个应用前景广泛但尚未实现的BIPV场景，即用半透明有机太阳能电池(ST-OSC)代替建筑玻璃，在保证ST-OSC具备和建筑玻璃一样的美学的同时可以在阳光下发电(Nat.Energy 2,17104(2017))。

近年来，在提高ST-OSC的能量转换效率(PCE)和视见函数方面取得了较大的进展，在40％平均可见透明度(AVT)下，PCE的最高指数可以超过10％(Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.117,21147-21154(2020))。然而，对建筑美学的需求并不仅仅等于AVT参数，还要求对不同色彩呈现出高保真度即出色的显色指数(CRI)(Adv.Mater.31,1807159(2019)；Adv.Mater.31,1903173(2019))。除了光学特性外，作为发电窗户的高效ST-OSC还需要具有高效红外光子反射 (IRR)的功能以进行节能保温(Adv.Mater.32,2001621(2020))。为了获得发电性能和美学指数的平衡，采用不同给受体比例以及增加光学折返层是一些常用的策略(Adv.Funct.Mater.30,2002181(2020))。然而，符合实际应用的发电窗户所必备的建筑美学(AVT，CRI)、保温隔热(IRR)、高效发电(PCE)指标之间是一种复杂的相互制约关系，目前很难达到一个较为理想的平衡。因此，设计多功能 ST-OSC仍然存在重大挑战。

基于上述情形，通过合适的光学调控，构筑同时具备保温隔热、建筑美学的高效率半透明有机太阳能电池，具备重要的研究和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种可用作发电窗户的高效三元有机太阳电池和发电窗户。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种可用作发电窗户的高效三元有机太阳电池，该太阳电池不透明，包括由下至上依次设置的衬底、阳极、阳极修饰层、三元活性层、阴极修饰层和阴极；所述三元活性层由电子给体和非富勒烯合金受体(由两个非富勒烯受体组成)组成的共混膜构成，阴极厚度为60-200nm。

作为优选，所述三元活性层的厚度为100-300nm。

第二方面，本发明提供了一种可用作发电窗户的高效三元有机太阳电池，该太阳电池半透明，包括由下至上依次设置的衬底、阳极、阳极修饰层、三元活性层、阴极修饰层、阴极和光学折返层；所述三元活性层由电子给体和非富勒烯合金受体组成的共混膜构成，阴极厚度为10-20nm。

作为优选，所述三元活性层的厚度为30-150nm。

作为优选，所述光学折返层包括由下至上依次堆叠的第一三氧化钼层、氟化锂层和第二三氧化钼层；第一三氧化钼层、氟化锂层和第二三氧化钼层的厚度为 30:(0～200):(200～0)，单位为nm，优选厚度为30:130:60。