已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有機光伏(OPV)電池是可以將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的第三代太陽能電池技術，在低光強度的室內(nèi)LED照明下比硅電池更有效。這些電池還顯示出為室內(nèi)環(huán)境中的低功耗，離網(wǎng)電子設備供電的巨大潛力。

盡管具有巨大的潛力，但OPV電池的功率轉(zhuǎn)換效率目前受到其開路電壓大量損失的限制。另外，過去的研究表明，當用于室內(nèi)照明時，它們的吸收光譜遠非最佳。

為了克服這些限制，中國中科院和瑞典林雪平大學的研究人員團隊最近設計了一種非富勒烯受體，可以使高性能有機光伏電池用于室內(nèi)應用?？梢詫⑦@種新的受體發(fā)表在《自然能源》上的論文中，可以將其與聚合物供體混合，以獲得吸收光譜與室內(nèi)光源相匹配的光敏層。

將有機太陽能電池(例如OPV)中的光能轉(zhuǎn)換為電能的活性層由兩個分子的精細混合物組成，這兩個分子稱為施主和受主。從本質(zhì)上講，可以調(diào)整這些分子以吸收具有不同波長的光的類型。

進行這項研究的研究人員之一喬納斯·伯格奎斯特(Jonas Bergqvist)對TechXplore表示：“在這項工作中，我們提出了一種經(jīng)過調(diào)節(jié)以吸收可見光的供體/受體組合。”“調(diào)節(jié)供體和受體在太陽光照射下也能提供1.24V的高壓。”

Bergqvist和他的同事將他們開發(fā)的稱為IO-4Cl的受體與一種稱為PBDB-TF的聚合物供體結合在一起。通過將這兩種分子結合在一起，它們獲得了具有與室內(nèi)光源一致的吸收光譜的光敏層，使其非常適合于室內(nèi)應用。

Bergqvist說：“許多用于有機光伏的高性能受體的帶隙很低，吸收起始波長約為800 nm。”“在這項工作中，我們修改了受體ITIC以增加帶隙，并使材料吸收與室內(nèi)照明光譜相匹配(與可見光400-700 nm相匹配)。”

研究人員在材料中觀察到的寬帶隙導致更高的電壓，從而在室內(nèi)環(huán)境中實現(xiàn)了更高的能量性能。研究人員在唯一的照明是低強度LED燈的情況下，評估了受體的性能，模擬了各種室內(nèi)空間(包括客廳，圖書館和購物中心)的典型條件。

在這些測試中，他們開發(fā)的受體使用1 cm2的設備實現(xiàn)了高達26.1%的功率轉(zhuǎn)換效率。當Bergqvist和他的同事測試由其接收器供電的更大的設備(即4 cm2)時，他們實現(xiàn)了23.9%的卓越功率轉(zhuǎn)換效率。

Bergqvist說：“我們社會的數(shù)字化正在迅速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)和智能設備是一個強勁增長的市場。”“這些設備中的許多設備消耗的電量很少，高效的光能收集設備可以為它們供電。高性能的OPV與印刷和涂布輥到輥的生產(chǎn)相結合，顯示出為聯(lián)網(wǎng)的智能事物供電的巨大潛力。”

Bergqvist及其同事開發(fā)的寬間隙，非富勒烯受體最終可以在室內(nèi)環(huán)境中的有機光伏電池中實現(xiàn)更高的性能。這可能對更先進的太陽能電池技術的發(fā)展具有重要意義，該技術不僅限于室外應用。

參與這項研究的另一位研究員高楓對TechXplore表示：“我們可以輕松地調(diào)節(jié)這些有機材料的吸收光譜，從而使室內(nèi)光轉(zhuǎn)換的效率最大化。”“對于商用硅太陽能電池來說這是不可能的。因此，我真的相信有機太陽能電池為室內(nèi)應用(例如為物聯(lián)網(wǎng)供電)提供了獨特而有希望的候選者。”

在未來的幾年中，由這組研究人員開發(fā)的新的OPV細胞受體可以用于制造更節(jié)能的設備。在未來的工作中，Bergqvist，Gao及其同事計劃與中國科學院的侯建厚一起繼續(xù)開發(fā)受體，研究改善其性能的新方法。

例如，增加光電流可以導致功率轉(zhuǎn)換效率的進一步提高。研究人員進行的計算表明，從理論上講，有可能將其功率轉(zhuǎn)換效率提高到40%以上。