近年來，鈣鈦礦太陽能電池由于可溶液加工、低溫制備、工藝簡單等優(yōu)點引起學術界和工業(yè)界的廣泛關注，并取得了飛速發(fā)展。目前，鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)第三方認證的最高效率已經(jīng)超過了25%。然而，迄今為止，絕大多數(shù)高效PSCs的光敏層材料為中帶隙(1.5-1.6 eV)的ABX3型鈣鈦礦材料，導致PSCs吸收邊小于850 mn。因此缺乏對近紅外區(qū)域的太陽光吸收進而限制電池效率的進一步提升。為此，研究人員通過將Sn或Sn/Pb合金摻入鈣鈦礦或利用疊層策略來提高PSCs的光電流，但這些方法會造成器件穩(wěn)定性下降或增加器件加工成本。
最近，南方科技大學郭旭崗教授團隊利用自主研發(fā)的高分子光伏材料S2構(gòu)筑了三元有機異質(zhì)結(jié)，通過溶液旋涂的方法直接集成于鈣鈦礦層上方作為電子傳輸層。此三元異質(zhì)結(jié)將1.55 eV帶寬的PSCs光響應擴展到近1000 nm，使近紅外區(qū)域(780-880 nm)的外量子效率平均值大于70%，最高值高達90%。他們制備的集成太陽能電池的獲得了26.7 mA cm-2光電流，而相同條件下的PSCs僅為20.16 mA cm-2，增幅達25%。創(chuàng)造了集成太陽能電池光電流記錄。
目前，該研究工作以“26 mA cm-2 JSC achieved in the Integrated Solar Cells”為題在線發(fā)表在《科學通報》(Science Bulletin, doi.org/10.1016/j.scib.2019.10.005)。集成太陽能電池(ISCs)策略是由國家納米中心丁黎明研究員2014年率先提出。過去5年，盡管一些含有近紅外組分的BHJ被應用于ISCs中，但ISCs的光電流始終被限制在20 mA cm-2左右，近紅外區(qū)域的光響應很弱(EQE < 40%)。該項研究成果表明了ISCs巨大潛力，它很有可能推進單節(jié)電池的效率極限。此外，據(jù)該團隊研究人員介紹，在BHJ中給體材料的選擇至關重要，它決定了近紅外EQE強度。此項目中高分子半導體S2是該團隊利用前期自主研發(fā)的新穎噻吩衍生物FE-T (Adv. Mater. 2019 ; 3 1 : 1807220 ; Energy Environ Sci 2019 ; 10.1039/c9ee01890e ; Adv. Sci. 2019 ; 1901773 ; Solar RRL 2019 ; 3: 1800265. )構(gòu)筑的又一高性能有機光伏材料。FE-T衍生出的有機光伏半導體將為發(fā)展高效太陽能電池奠定了堅實的材料基礎。