ICFO 的研究人員製造了一種新型串聯配置的四端有機太陽能電池，功率轉換效率 (PCE) 為 16.94%。新裝置由高度透明的前電池組成，其中包含僅7nm的透明超薄銀（Ag）電極，保證了其高效運作。

二端串聯 有機太陽能電池（OSC）是解決單結太陽能電池傳輸和熱化損失的最有前途的方法之一。這些有機太陽能電池由帶隙不同的前後子電池組成，能夠更廣泛地吸收和利用太陽光譜。

然而，在這種配置中實現最佳性能需要兩個子電池之間有足夠的電流平衡。此外，製造這些類型的串聯有機太陽能電池具有挑戰性，因為它們需要堅固的互連層，能夠促進有效的電荷重組，同時保持高透明度。

四端串聯配置已成為一種高效的替代策略太陽能電池設計。與兩端方法不同，此配置具有獨立的電氣連接對於透明的前電池和不透明的後電池。

因此，電流匹配問題不再是限制因素。這種設定可以更靈活地選擇串聯的每個電池的帶隙，從而優化光子吸收並提高太陽能生產的整體效率。

現在，在一項新研究中發表在日記中太陽能RRLICFO 研究人員 Francisco Bernal-Texca 和 Jordi Martorell 教授描述了四端子串聯有機太陽能電池的製造，該電池已實現 16.94% 的功率轉換效率 (PCE)。這項成就的核心是超薄透明銀電極的製造，這是一個關鍵零件，在優化串聯太陽能電池的性能方面發揮關鍵作用。

為了製造新設備，研究人員首先探索了用於兩種電池光敏層的有機材料。他們檢查了前電池的三種不同混合物的有效性，該前電池旨在收集高能量光子。最後選擇了性能最好的混合物，名為 PM6:L8-BO。對於背面不透明電池，研究人員決定使用 PTB7-Th:O6T-4F 混合物，其帶隙較窄，這使其更適合吸收光譜的紅外線部分（低能量光子）。

選擇混合物後，研究人員使用數值方法設計了四串聯 OSC 的最終結構。他們使用矩陣形式與傳統的逆問題解決方法相結合來找到太陽能裝置的最佳性能和最終配置。

厚度僅為7nm的超薄透明銀電極的製造是目前研究的關鍵內容。該元件被放置在前電池的背面，確保良好的光傳輸，為後電池供電。用於透明太陽能電池應用的傳統頂部銀電極的厚度通常為 9 至 15 nm。

其生產需要對實驗室條件進行細緻的控制，以確保精度和一致性。然後電極堆疊有三氧化鎢（WO3）和氟化鋰（LiF）交替的三個介電層。這種光子多層結構具有至關重要的作用，因為它位於兩個電池之間，有利於高效、均勻的光分佈。

研究人員寫道：“這種結構在 750-1,000 nm 範圍內表現出高透射率，在 500-700 nm 範圍內表現出高反射率。”

「透明銀中間電極的開發對於太陽能電池的高效運作至關重要。它必須呈現出微妙的平衡，足夠透明以允許光線到達背面電池，同時保持高導電性以確保最佳性能ICFO 研究員、該研究的第一作者 Bernal 表示：“能夠在不觀察前部透明電池損耗的情況下製造僅 7nm 的電極，是透明電池領域的重大進步。”

研究人員使用太陽模擬器測試了該裝置在 1 個太陽光照下的光伏性能，並測量了其量子效率。該裝置實現了 16.94%電源轉換效率，這將是迄今為止四端串聯有機電池所達到的最高值。研究的作者指出，目前有機串聯裝置效率的官方記錄為 14.2%，而最新報道的 4 端有機串聯裝置的 PCE 為 6.5%。

「我們的研究在光電化學電池 (PEC) 中具有潛在的應用，可滿足關鍵的電氣要求，例如提供必要的電壓以超過驅動水分解或 CO 的建立₂ICFO 研究員兼 SOREC2 計畫協調員 Martorell 教授解釋。

“四端串聯結構的設計和實現方法可以應用於設計新聞系統，其中元件中光線的充分分佈對於特定設備的性能至關重要。”

研究人員目前正將重點放在完善、調整和增強方法上結構設計專為太陽能燃料等應用量身定制，串聯設備在這些應用中具有廣泛的適用性。透過優化方法和設計策略，研究人員旨在釋放這些設備在利用太陽能進行多樣化和可持續的能源轉換過程（例如二氧化碳）方面的全部潛力₂轉換和增值。

更多資訊：Francisco Bernal – Texca 等人，基於 PM6:L8 – BO 透明太陽能電池和 7 nm Ag 層中間電極的四端子串聯，太陽能RRL（2024）。DOI：10.1002/solr.202300728