Scalable semitransparent organic solar cells with robust film thickness tolerance for building-integrated photovoltaics

材料科学 有机太阳能电池 活动层 光电子学 透射率 光伏 光伏系统 可扩展性 图层(电子) 太阳能 能量转换效率 极限(数学) 聚合物太阳能电池 纳米技术 功率(物理)
作者
Tong Wang,Jin Fang,Hao Zhang,Chenyang Tian,Yuhan Wang,Zhen Fu,Wenjun Zou,Dan Deng,Xiaotao Hao,Chang He,Jianqi Zhang,Zhixiang Wei
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41467-026-69537-3
摘要

Abstract Building-integrated photovoltaics (BIPVs) is a promising application for semitransparent organic solar cells (ST-OSCs). However, conventional ultra-thin (<80 nm) active layers for ST-OSCs, while balancing transmittance and efficiency, limit the cell-to-module efficiency remaining ratio (CTM) below 56%. Here, we achieve high semitransparency and efficiency in ST-OSCs with reasonable active layer thickness by manipulating the aggregation of acceptors in various donor-diluted blends processed with non-halogen solvent in ambient air. Using PM6:Qx-p-4Cl as a model system, we elucidate a unique film-formation mechanism and charge generation process, demonstrating that the fiber network and suitable aggregation size are crucial for ensuring higher performance in donor-diluted ST-OSCs. The 1 cm 2 donor-diluted ST-OSCs with active layer thicknesses of 119 and 301 nm exhibit high light utilization efficiencies (LUEs) of 4.04% and 3.02%, respectively. Notably, a 100 cm 2 module demonstrates a CTM ratio of ~85% and a LUE of 3.32%, owing to its high film thickness tolerance, setting a new benchmark for large-area semitransparent modules. Furthermore, we demonstrate the feasibility of BIPVs in terms of power generation, energy storage, and temperature control through a scale-down model with a 600 cm 2 power-generating window. These results reveal promising prospects for ST-OSCs in real-world applications.
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