室内光伏电池可将室内人造光源发出的弱光转化成电能,在为物联网智能消费电子设备供电方面具有潜在应用,近年来受到人们的持续关注。由于人造光源的发射光谱主要在可见光区,发射光谱较窄,限制了器件的短路电流密度,因而室内光伏电池的效率在很大程度上依赖于开路电压。然而,由于所用光伏材料的带隙较窄,现有室内光伏电池的开路电压均低于1 V,这不利于室内光伏电池效率的进一步提升。

        相对传统的基于无机半导体的光伏电池,基于高分子给体材料与高分子受体材料共混活性层的全高分子光伏电池,具有可溶液加工、带隙和能级可调、以及良好的热稳定性和较高的机械力学性能等优势,目前已经广泛用于室外的太阳能电池。但是,将全高分子光伏电池用于收集室内光尚未见报道。

        在本文工作中,我们首次将全高分子光伏电池将室内人造光源发出弱光转换为电能,开发出具有高开路电压的高效室内光伏电池。我们通过选择具有宽带隙的高分子给体CD1(Eg:1.93 eV)和高分子受体PBN-10(Eg:1.95 eV)来制备活性层。由于CD1和PBN-10的吸收光谱主要在可见光区,与荧光管或有机发光二极管等室内光源的发射光谱能较好的重叠,因而,可以实现对室内入射光的有效利用。此外,给体CD1具有较低的HOMO能级,受体PBN-10具有较高的LUMO能级,两者较大的差值有利于获得较高的开路电压。器件结果显示,在室内荧光管照射下,基于CD1:PBN-10的光伏器件的开路电压可高达1.16 V,为室内光伏电池开路电压的最高值,相应器件的能量转换效率也可达 27.4%。以上工作证明了高开路电压对于高效率室内光伏电池的重要性。该工作第一次将全高分子光伏器件应用于室内光的收集,拓展出一个新的研究领域。