Balancing the Selective Absorption and Photon‐to‐Electron Conversion for Semitransparent Organic Photovoltaics with 5.0% Light‐Utilization Efficiency

材料科学 光电子学 有机太阳能电池 吸收(声学) 不透明度 能量转换效率 可见光谱 三元运算 光学 纳米技术 计算机科学 聚合物 程序设计语言 物理 复合材料
作者
Shitao Guan,Yaokai Li,Kangrong Yan,Weifei Fu,Lijian Zuo,Hongzheng Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (41): e2205844-e2205844 被引量:112
标识
DOI:10.1002/adma.202205844
摘要

Abstract Efficiently converting invisible light while allowing full visible light transmission is key to achieving high‐performance semitransparent organic photovoltaics (ST‐OPVs). Here, a detailed balance strategy is explored to optimize the ST‐OPV via taking both absorption and carrier dynamics into consideration. Based on this principle, comprehensive optimizations are carried out, including a ternary strategy, donor:acceptor blend ratio, thickness, antireflection, etc., to compromise the invisible energy conversion and visible transmission for high‐performance ST‐OPVs. As a result, the opaque OPV device exhibits a champion power conversion efficiency of 19.35% (certificated 19.07%), and most strikingly, the best ST‐OPV shows a remarkably high light‐utilization efficiency of 5.0%, where the efficiency and the average visible transmission are 12.95% and 38.67%, respectively. An efficiency of 12.09% is achieved on the upscaled device with an area of 1.05 cm 2 , demonstrating its promise for large‐area fabrication. These results are among the best values for ST‐OPVs. Besides, it is demonstrated that the ST‐OPV exhibits good infrared light‐reflection capability for thermal control. This work provides a rational design of balancing the absorbing selectivity and photon‐to‐electron conversion for high‐performance ST‐OPVs, and may pave the way toward the practical application of solar windows.
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