研究背景

1、低功耗電子設備需要大量的離網能源，能夠有效地將室內環境中的低強度光轉換成兆瓦級到微瓦級電力的光伏電池是驅動低功耗裝置的理想能量來源方式。

2、常用室內光源（如熒光燈和發光二極管（LED））的發射光譜通常在400到700nm之間，強度小于1mWcm-2，光譜范圍較窄，強度低于標準太陽光譜，針對太陽光轉化利用的光伏電池不適用于室內有效的光電轉化。

3、有機光伏（OPV）電池和染料敏化太陽能電池，在標準太陽能照明下效率不如晶體硅電池，但高度可調的光吸收特性使其有希望應用于室內光電轉化；而與染料敏化太陽能電池相比，OPV電池能通過溶液印刷和涂覆技術制備而降低成本，在大面積模塊中居于更好的優勢，從而更具商業前景。

4、雖然OPV在驅動室內使用的低功耗離網電子設備方面具有巨大的潛力，但是其功率轉換效率仍然受到較大的開路電壓的損耗以及非最佳吸收光譜的室內照明的限制。

（來源：微信公眾號“學研匯”ID：i-xueyan）

先思考一個問題

1、如果OPV電池想要在室內光條件下獲得優異的光伏性能，應該具備什么樣的特性？

這個問題很關鍵，上面的研究背景，基本這個領域的研究工作者基本都知道，都可以寫出來，但是最為關鍵的核心便是這個問題，每個人的看法、理解不一樣，切入點是不同的，論文的框架思路也會千差萬別，接下來看一下，這篇Nature Energy是如何進行剖析的！

OPV電池想要在室內光條件下獲得優異的光伏性能，應具有以下特性：

1）應具有與室內光源匹配的光響應光譜和高外部量子效率（EQE），以便有效地將入射光轉換成電流以及最小化光生電荷的熱化

2）因為低入射光強度導致低載流子密度，其中陷阱介導的重組變得至關重要，所以必須有效地抑制陷阱介導的電荷重組

3）為使VOC最大化，OPV電池的能量損失（Eloss=Eg-qVOC，其中Eg是帶隙，q是基本電荷，VOC是開路電壓）應該盡可能低

4）在標準AM 1.5G 條件下OPV電池可以獲得小于0.60 eV的能量損失，但是光強度顯著降低會導致額外電壓損失為~0.2V，因此對于具有1.8eV的Eg的OPV電池，其VOC應該為1.0V才可以適用于室內裝置，目前在室內光照條件下，最好的OPV電池的VOC值均低于0.8V，這限制了能量轉化效率

綜上所述，需要開發新的OPV材料，能夠提供合適的吸收光譜的同時，也具有低Eloss和最小化的陷阱介導的電荷重組

本文采取的思路及效果

1、低能量損失，本文設計了一種名為IO-4Cl的非富勒烯受體，并將其與一種名為PBDB-TF的聚合物供體混合，獲得其吸收光譜與室內光源相匹配的光活性層，光伏特性顯示其具有低于0.60eV的低能量損失

2、優越的能量轉換效率，在1000勒克斯（2,700K）的發光二極管照度下，使用其制備的有機光伏電池（1cm2）為開路電壓為1.10V，具有26.1％的能量轉換效率。

3、出色的穩定性，在室內光源連續照明1000小時仍保持其初始光伏性能。

圖文賞析

圖1. 材料的分子結構和ESP分布

圖2.材料的吸收光譜和能級及其光伏性

圖3.PBDB-TF:IO-4Cl電池的能量損失

圖4.適用于室內應用的光伏性能

圖5.大尺寸器件的光伏性能

原標題:Nature Energy:寬間隙非富勒烯受體實現室內高性能有機光伏電池