维度网讯，巴塞罗那光子科学研究所（ICFO）研究人员研制出一种四端叠层有机太阳能电池，其功率转换效率达到16.94%，核心突破在于一个厚度仅为7纳米的银电极，这一厚度约为人类头发丝直径的千分之一。
有机太阳能电池因成本较低、可灵活制备而受到关注，但其光电转换效率一直落后于硅基电池。ICFO团队此次取得的效率数值，不仅大幅超过了此前报道的同类型四端叠层电池6.5%的基准效率，也高于所有有机叠层器件（包括两端设计）此前14.2%的官方记录。
单结有机太阳能电池的效率受限于其仅能吸收部分太阳光谱。能量过高的光子以热量形式散失（热化损失），能量过低的光子则直接穿透（传输损失），这两种机制共同对单个电池的效率设定了上限。叠层结构通过堆叠两个带隙不同的子电池解决该问题，每个子电池针对光谱的不同部分进行调谐，从而捕获更多光子。这一方案已在硅和钙钛矿器件中得到验证。
制造两端有机叠层电池的难度在于，子电池共享单一电路且电流必须精确匹配，同时互连层需兼具高电学效率和高透明度。ICFO采用的四端设计则完全规避了电流匹配问题。前后子电池拥有独立的电路连接，研究人员可纯粹根据最佳光吸收来分别选择各子电池的带隙。
为实现这一理论优势，研究团队为前电池选用了PM6:L8-BO作为光活性混合物，为后电池则采用PTB7-Th:O6T-4F这一窄带隙混合物以吸收红外光子。在制造前，他们结合矩阵形式与逆问题求解方法，通过计算确定了最佳器件结构。制造的核心挑战在于前电池的顶部电极。传统的透明银电极厚度通常在9至15纳米之间，ICFO团队将其降至7纳米。这层7纳米厚的银电极被集成到交替使用三氧化钨（WO₃）和氟化锂（LiF）的光子多层堆栈中。该结构在750至1000纳米波长范围内提供高透射率，使红外光可到达后电池，同时将500至700纳米范围内的光线反射回前电池，回收原本会损失的能量。
在太阳能模拟器下以1个太阳光照条件进行测试，并进行了量子效率测量，该器件实现了16.94%的功率转换效率。该研究的第一作者Francisco Bernal指出，制造出仅7纳米的电极且前透明电池无损耗，是透明电池领域的一项重要进展，在7纳米厚度下实现透明度和导电性之间的平衡尚无先例。
ICFO团队考虑将该技术应用于光电化学电池，即利用太阳能将水分解为氢气或将二氧化碳转化为燃料。该研究在SOREC2项目框架内进行。协调该研究的Jordi Martorell教授表示，用于设计和实现四端叠层结构的方法论可用于设计新系统，在这些系统中，元件中光的适当分布对于特定器件的性能至关重要。团队目前正专注于改进该方法论，并将其应用于太阳能燃料领域，包括二氧化碳转化与增值利用。
