[发明专利]一种基于一维光子晶体的室内有机太阳能电池显色性调控装置及应用

说明书

本发明涉及一种基于一维光子晶体的室内有机太阳能电池显色性调控装置及应用，属于有机太阳能电池器件制备技术领域，包括一维光子晶体的结构，一维光子晶体为不同的氧化物材料周期性排列而成；构成一维光子晶体的氧化物为SiO₂,和TiO₂。一维光子晶体是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。由于介电系数存在空间上的周期性，进而引起空间折射率的周期变化。本发明中构成一维光子晶体的材料分别为SiO₂,和TiO₂，两者的折射率分别为1.431和2.123，制备组成光子晶体后可有效实现空间折射率的周期变化。借助一维光子晶体的光子带隙，调节室内光经过器件后的透射光谱，实现器件显色性的调节，解决了室内有机光伏器件影响入射光的显色性问题。

技术领域

本发明涉及一种基于一维光子晶体的室内有机太阳能电池显色性调控装置及应用，属于有机太阳能电池器件制备技术领域。

背景技术

有机光伏发电作为一种清洁可再生能源技术，是未来新能源技术发展的重要研究方向。有机太阳能电池器件具有柔性，环保，可低成本印刷等独有优势，在近几十年间受到了研究者的广泛关注。目前，基于有机给受体分子构筑的体异质结有机太阳能电池的效率已经突破了17％。然而，光伏技术的应用对器件的性能及稳定性均有要求。硅基太阳能电池凭借着超过26％的光电转换效率以及20年以上的使用寿命，目前已成为产业化光伏的主导。与硅基太阳能电池相比，有机光伏器件不仅性能亟待进一步提升，且在稳定性方面对强光和高温等因素非常敏感，产业化面临着巨大挑战。依据有机光伏的优势和特长寻找和开辟最佳应用方向，是推动其产业化发展的不二之路。

随着物联网的兴起，各类低功耗微电子器件得到了广泛应用。这些大多分布于室内环境下的器件对持续供能的离网能源提出了要求。有伏电池能够收集室内光光子，通过光电转换，从而实现为此类器件供能。然而，相较于280-4000nm的宽谱太阳光辐射，室内常用的LED灯和荧光灯的发射范围集中在400-700nm之内，且辐射功率(1mW/cm²)远低于太阳光的光功率(100mW/cm²)。在这样的环境下，由于光谱响应范围不匹配，低载流子密度下复合效应显著，硅基太阳能电池光电转换效率极低。而有机光伏材料的吸收光谱连续可调，可以很好的匹配室内光源的辐射范围；有机光伏器件的印刷打印制备，柔性等特性也为其在室内光下的大面积应用提供了条件。近年来，室内有机光伏的研究成果丰硕，针对室内光环境的材料和器件构筑策略不断被提出，光电转换效率已突破30％。

在器件光电转换性能之外，室内有机光伏器件的光透过性能也是其应用所必须考虑的因素。由于要获得较高的器件性能，室内有机光伏异质结薄膜的光吸收响应范围应尽可能与室内光源的辐射光谱相重合(300-700nm)，室内光透过器件后的照度及显色性不可避免地影响；并且，人眼视觉响应对位于此波长范围的光子最敏感，在室内部署这样的大面积器件无疑会影响室内光原本的照明应用，影响人的视觉感知。另一方面，由于有机光伏器件的最优性能对应着确定的器件结构，因此很难通过调节器件制备工艺来降低对室内光透过后的影响。虽然通过选择特定吸收范围的给、受体材料制备室内光下的半透明器件可一定一定程度上缓解对于光源的影响，但这种策略可供选择的材料种类有限，且以一定器件性能的损失为代价，因此泛用性较差。室内光伏器件性能的获得与室内光源性质的保持之间的矛盾的有效调和，是实现室内有机光伏器件应用的关键。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于一维光子晶体的室内有机太阳能电池显色性调控装置。本发明还提供上述装置的应用。本发明将由不同折射率的介质周期性排列而成的一维光子晶体层置于有机光伏器件之后，通过调控一维光子晶体的组分厚度与周期，改变光子晶体的光子带隙，在室内光通过光伏器件后对透过光谱进行精准调节，最终实现透过光显色性的广域、连续可调。并且，在光伏器件的透射光相较于入射光源差异较大时，光子晶体还可实现透射光的显色性还原。

术语解释：