在現(xiàn)在的生活中，太陽(yáng)能產(chǎn)品處處可見(jiàn)，人們用太陽(yáng)能煮飯，還有太陽(yáng)能熱水器等等，無(wú)處不見(jiàn)太陽(yáng)能產(chǎn)品，當(dāng)然，最重要的還是太陽(yáng)能發(fā)電，但是目前的技術(shù)并不能讓人們很好利用太陽(yáng)能發(fā)電。光伏電池的能量轉(zhuǎn)換效率、壽命和成本是決定其是否具有應(yīng)用價(jià)值的重要指標(biāo)。由于傳統(tǒng)晶硅電池在大規(guī)模發(fā)電方面具有巨大優(yōu)勢(shì)，因此新型光伏技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)化，必須依據(jù)其技術(shù)特征尋求最具競(jìng)爭(zhēng)力的應(yīng)用方向。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，各類分布式微電子產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)晶硅電池?zé)o法滿足電子產(chǎn)品的應(yīng)用需求，其在室內(nèi)光照條件下的光伏效率僅有2-6%，其主要原因是吸收光譜嚴(yán)重失配、且在低載流子密度下存在嚴(yán)重電荷復(fù)合效應(yīng)。因此，領(lǐng)域內(nèi)亟待發(fā)展可滿足微電子產(chǎn)品應(yīng)用需求的新型光伏電池。

最近，在國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的支持下，中科院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室侯劍輝團(tuán)隊(duì)深入研究并發(fā)展了有機(jī)光伏電池在室內(nèi)光下的應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了新型非富勒烯受體IO-4Cl，與聚合物給體PBDB-TF混合，獲得了吸收光譜與室內(nèi)光源相匹配的光活性層。使用2700 K的LED燈作為光源，在1000 lux輻照強(qiáng)度下，1 cm2電池的開(kāi)路電壓達(dá)到1.10V，實(shí)現(xiàn)了26.1%的能量轉(zhuǎn)換效率。

研究結(jié)果證明該OPV電池在室內(nèi)光下不僅具有高的光伏效率和優(yōu)異的穩(wěn)定性，而且對(duì)于串聯(lián)電阻和活性層厚度不敏感。如：在室內(nèi)光源連續(xù)照射1000小時(shí)后，電池仍保持其初始的光伏性能;使用大面積涂布方法制備的4 cm2電池依然可以實(shí)現(xiàn)23%以上的光伏效率。該團(tuán)隊(duì)與瑞典林雪平大學(xué)教授高峰團(tuán)隊(duì)密切合作，揭示了這類電池在降低能量損失方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，并對(duì)其極限效率進(jìn)行了合理預(yù)測(cè)。

結(jié)果表明，OPV電池在室內(nèi)光下的極限光伏效率可達(dá)50%，這意味著當(dāng)前取得的光伏效率仍然存在巨大的提升空間。相關(guān)研究工作發(fā)表在近期的《自然-能源》(Nature Energy)上(Nat. Energy, 2019, 4, 768)。通訊作者為侯劍輝和高峰，第一作者是崔勇。

圖：(a)光伏電池應(yīng)用的決定因素;(b)熒光燈、LED燈和太陽(yáng)的發(fā)射光譜;(c)PBDB-TF和IO-4Cl的吸收光譜;(d)給體材料PBDB-TF和受體材料IO-4Cl制備的器件在室內(nèi)光下的穩(wěn)定性;(e)刮涂大面積器件的J-V曲線;(f)LED燈下的效率預(yù)測(cè)圖。太陽(yáng)能雖然可以產(chǎn)生很大能量，但是現(xiàn)在的技術(shù)還不足以保證人類所有的運(yùn)轉(zhuǎn)，這就需要我們保護(hù)能源，從自己做起，從身邊的點(diǎn)滴做起，節(jié)約能源，是我們?nèi)祟惷恳粋€(gè)人應(yīng)盡的責(zé)任。