基于富勒烯类材料太阳能电池研究进展_李萌1_2_王传坤3_.pdf

第 32 卷 第 2 期 电子元件与材料 Vol.32 No.2 2013 年 2 月 ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS Feb.2013 基于富勒烯类材料太阳能电池研究进展 李 萌1,2,王传坤3,李晨希1,王金淼1,马 恒1,2（1.河南师范大学 物理系，河南 新乡 453007；2.河南省光伏材料重点实验室，河南 新乡 453007；3.兴义民族师范学院 物理系，贵州 兴义 562400）摘要:从太阳能电池基本原理、新材料合成、活性层和修饰层的工艺改进、器件结构多样化以及电极材料的选取及工艺等方面介绍了基于富勒烯类材料的有机太阳能电池的研究进展，并探讨了今后有机薄膜器件研究的发展趋势。关键词:有机太阳能电池；富勒烯类材料；综述；修饰层；活性层；倒置结构 doi:10.3969/j.issn.1001-2028.2013.02.019 中图分类号:O469 文献标识码:A 文章编号:1001-2028（2013）02-0070-07 Research progress of solar cells based on fullerene derivative materials LI Meng1,2,WANG Chuankun3,LI Chenxi1,WANG Jinmiao1,MA Heng1,2(1.Department of Physics,Henan Normal University,Xinxiang 453007,Henan Province,China;2.Henan Key Laboratory of Photovoltaic Materials,Xinxiang 453007,Henan Province,China;3.Department of Physics,Xingyi Normal University for Nationalities,Xingyi 562400,Guizhou Province,China)Abstract:The basic principle of the organic solar cell based on fullerene derivative materials,and its research advances on the materials synthesis,active layer optimization,modified layer,device structure and the electrodes selection are reviewed.As a future prospect,the development trend of the organic thin film devices is discussed.Key words:organic solar cell;fullerene-based materials;review;modified layer;active layer;inverted structure 随着人类社会发展，不可再生能源资源日趋枯竭，能源问题成为当今社会关注的战略性问题之一。现在使用的能源多来源于开采的矿产资源，其中包括煤、石油和天然气等。然而这些不可再生资源是有限的，而且这种能源在开采、运输和使用过程中会污染环境。因此，发展利用可再生能源和新能源材料是当前世界必须解决的重大课题，其中对于太阳能电池材料的研究尤为活跃。笔者主要就有机太阳能电池的工作原理、结构和影响其性能提高的因素以及电池器件的制作工艺等方面进行综述，特别是对目前国际上基于富勒烯类材料太阳能电池的研究现状进行讨论，最后对其发展做了一些展望。1 有机太阳能电池工作原理 有机太阳能电池利用光伏效应实现光电转变。如图 1 所示，其产生光伏效应的过程如下：当能量大于HOMO-LUMO 能隙的光子照射时，给体分子将会从基态跃迁，形成激子。中性的给体激子经过扩散到达给体和受体界面，界面附近的给体激子通过内建电场作用，克服激子中电子空穴对之间的束缚力，电子由综综 述述 收稿日期：2012-11-09 通讯作者：马恒 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.11074066）作者简介：马恒（1963），男，河南方城人，教授，主要从事太阳能电池，液晶材料等方面的研究，E-mail:；李萌（1987），男，河南平顶山人，研究生，研究方向为太阳能电池，E-mail:hsd_。网络出版时间：网络出版地址：2013-01-25 16:08http:/ 第 32 卷 第 2 期 71 李萌等：基于富勒烯类材料太阳能电池研究进展 给体 LUMO 能级移到受体 LUMO 能级,形成电荷转移。然后，电子空穴对克服库仑力，解离为定域的自由电荷，即载流子；正负载流子经过运输分别到达阳极和阴极，被电极收集形成电流。有机太阳能电池的阴极通常采用低功函数金属材料，使得该功函数和电子运输层的电子亲和势匹配，降低电子注入势垒，提高电子注入效率。相反，由于阳极的费米能级与有机层的费米能级相差较大，空穴注入效率很低，必须采用高功函数金属，通常使用半导体金属氧化物、ITO（氧化铟锡）等作为阳极。图 1 有机太阳能电池工作原理图 Fig.1 The schematic diagram of the organic solar cell 2 有机太阳能电池性能表征 表征有机太阳能电池性能的参数有电池的开路电压 Voc、短路电流 Isc、填充因子 FF 以及电池的能量转换效率。开路电压是在外电路开路的情况下阴阳两极之间的电压。体异质结结构聚合物与富勒烯有机太阳能电池的 Voc通常与给体 HOMO 能级和受体 LUMO 能级之间的差值密切相关。短路电流是在外电路短路的情况下通过器件的电流，Isc的大小与内电场强度 E 和电荷迁移率 以及内电阻 R 有关；FF 是衡量电池外接负载能力的物理量。而电池的能量转换效率 可以用外量子效率，内量子效率和器件的总转换效率表示，最终表征器件性能的优劣。3 有机太阳能电池结构 有机太阳能电池结构对电池性能的影响至关重要。按照器件结构分类，有机太阳能电池可分为单质结、染料敏化和异质结等几种。而异质结电池又包括 p-n 异质结、体异质结、混合异质结和叠层结构等种类。3.1 倒置结构太阳能电池 近年来，研究人员基于本体异质结器件，设计制作了倒置（反型）结构(inverted structure)器件，使电池的能量转换效率和稳定性能有所提高。其结构如图 2 所示，(a)为传统的电池器件，(b)为倒置结构器件。倒置结构器件是通过对换传统电池阴阳两极极性制作的半导体器件，电池的阴极由高功函数金属充当，但是电极必须进行修饰。通常利用半导体氧化物（例如 ZnO）和碱金属碳酸盐(Cs2CO3)等材料修饰阴极，利用新材料 V2O 和 MoO3修饰阳极，制作的电池在空气中的稳定性有了很大的提高。同时，考虑到电荷的有效传输和抽取，在靠近阳极区域的活性层形成聚合物组分的富集区，靠近阴极区域的活性层形成富勒烯组分的富集区将是较为理想的状态。倒置结构的推出很好地利用了这种相分离的现象，其性能达到了可以和传统结构器件相媲美的水平。近年来，研究人员通过采用倒置结构并对阴极修饰层作各种纳米形态处理提高了器件的稳定性、使用寿命以及能量转换效率1。基于倒置结构的叠层结构器件通过各子单元不同材料对太阳光谱的差别吸收，可以增加器件对光的吸收效率，使电池的光电转换效率得到提升。(a)(b)图 2 正置结构(a)与倒置结构(b)有机太阳能电池示意图 Fig.2 The schematic diagrams of organic solar cell with the traditional structure(a)and the inverted structure(b)采用倒置结构可以很好地提高器件稳定性，很大程度上延长器件使用寿命。加拿大国家研究院(National Research Council of Canada)的Chu等2利用ZnO 纳米晶作为器件的电子传输层，制作出了结构为 ITO/ZnO/PDTSTPD:PC71BM/PEDOT:PSS/MoOx/Ag 的倒置器件，电池光电转换效率达到了 6.7%，同时具有很好的稳定性，未封装电池在空气中存放32 天后，能量转换效率还保持在初始值的 85%左右。除此之外，研究者还通过制备 ZnO 纳米粒子、纳米线3、纳米棒4、纳米阵列5、纳米管6以及在纳米管中掺杂等7方法，不同程度地提高了倒置结构电池器件的转换效率。例如，加州大学洛杉矶分校LUMOPLUMOnHOMOPHOMOn阳极D/A界面阴极光照电子电子光照 电子 电子 阳极 阴极 D/A 界面 HOMOn HOMOp LUMOn LUMOP Glass/ITOPEDOT:PSSP3HT:PCBMLiF/AlLiF/Al P3HT:PCBM PEDOT:PSS Glass/ITO Glass/ITOZnOP3HT:PCBMMoO3/AlMoO3/Al P3HT:PCBM Glass/ITO ZnO 72 李萌等：基于富勒烯类材料太阳能电池研究进展 Vol.32 No.2 Feb.2013 (University of California at Los Angeles)的 Sekine 等8通过制备纳米脊结构的 ZnO 作为倒置器件的电子传输层，有效地阻挡了空穴传输，并且增大了电子传输的有效接触面积，与平面薄膜相比，该器件的能量转换效率提高了 25%。华盛顿大学的 Hau 等9通过在倒置结构电池的 ZnO 纳米层与活性层之间加入富勒烯基自组装单分子层，从而更好地增加了活性层与修饰层之间的接触，提高了电荷传输效率，使器件转换效率提高了 6%28%。除 ZnO 外，TiO210、碱金属碳酸盐 CsCO311以及经过掺杂处理的碳酸盐12也可以在倒置结构电池中作为电子传输层。2012 年 6 月的研究报告显示13，华南理工大学曹镛等利用有机盐 poly(9,9-bis(3-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)(PFN)作为倒置结构电池的电子传输层，不仅大幅度提高了光伏器件的稳定性，同时使转换效率达到了 9.2%。3.2 叠层结构太阳能电池 叠层结构(tandem structure)太阳能电池是将多个器件单元以串联的方式层叠而成的一个器件，该结构使器件可以吸收更宽域的光谱14，从而成为了提高电池转换效率的有效途径。2012 年初，美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的 Dou 等15采用两个子单元的叠层倒置结构制作有机太阳能电池，使光电转换效率达到了 8.62%，于 2012 年 2 月创下了当时世界光伏器件能量转换效率的最高值，其结构如图 3 所示。图 3 叠层结构有机太阳能电池示意图15 Fig.3 The schematic diagram of tandem organic solar cell15 同时，据 PV-Tech 报道，德国有机光伏开发商Heliatek 采用独特的卷对卷(roll to roll)工艺，在低温真空条件下沉积有机分子，在 1.1 cm2的衬底上研制出了能量转换效率达到 10.7%的有机叠层光伏电池，打破了同类电池原有记录。此外，英国华威大学(University of Warwick)的Paul等16利 用subphthalocyanine chloride(SubPc)/fullerene(C60)和SubPc/Cl6-SubPc 作为活性层，制作了多结结构电池，很大程度上提高了电池的开路电压和能量转换效率。4 有机太阳能电池各层膜进展 有机太阳能电池器件由电极、活性层、修饰层等多层薄膜组成。影响有机太阳能电池性能的因素很多，而起决定作用的主要是各层膜材料中的载流子迁移率、能级和光谱响应特性等。以下主要从近年来活性层材料合成、活性层掺杂、不同材料修饰层的引入和改进、修饰层掺杂以及电极材料选取等方面综述目前有机太阳能电池研究的最新进展。4.1 活性层材料合成 从太阳能电池的性能表征可以看出，优良材料的选择对于电池效率的提高非常重要，合成和选择具有优良性能的太阳能电池材料，才能获得性能更高的光伏器件。目前，以富勒烯衍生物作为受体材料制作有机太阳能电池，是公认的所得光电转换效果相对较好的途径。异质结界面处的光诱导电荷转移，是有机太阳能电池工作的主要机制。富勒烯(C60)是由 60 个碳原子组成的球状分子，一个 C60分子最多可以被 6 个电子还原，这种球状共轭结构产生的特殊能级结构使其具有很好的光诱导电荷转移特性。C60分子中单线态与三线态能级相差很小，自旋轨道耦合常数很大，电子由单线态到三线态的系间窜越速度快，其窜越过程中的效率也很高，因此在给体材料和 C60的界面，被 C60接受的电子可以高效快速地由单线态转移到三线态，从而防止了电子由分子回到给体材料的逆过程，提高了电荷转移效率。当在 C60球体中央再加入一个六角圆形时，可形成 C70，其形状类似英式橄榄球。C70和 C60化学性质一样，都是很好的电子受体材料，它们可与小分子和共轭聚合物匹配，这些聚合物包括酞菁及其衍生物、噻吩寡聚物、聚噻吩以及聚对苯乙烯撑衍生物等。通过在 C60基团中引入高分子主链、侧链形成的富勒烯类衍生物17，不仅可以作为很好的电子受体，而且具有很好的溶解性，可以广泛应用于聚合物器件 中，其中 最 为 常用 的 phenyl-C61-butyric acid methylester,6,6-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)由 Wudl等18合成，PCBM 作为聚合物太阳能电池的受体材料是有机光伏研究的一个里程碑。常见的受体材料还有 indene-C60 bisadduct(ICBA)19以及 indene-C60 monoadduct(ICMA)20等。活性层材料的侧链长度改变会影响电池器件的有关性能。中国科学院(Chinese Academy of Sciences)化学所 Meng等21改变 C60 衍生物 alkoxy-substituted dihydronaphthyl-based 60 fullerene bisadduct derivatives(Cn-NCBA,n=16)中烷氧基的链长，结果Glass/ITOZnOP3HT:ICBAPEDOT:PSSZnOLBG polymer:PC71BMMoO3/AlLBG polymer:PC71BM PEDOT:PSS MoO3/Al P3HT:ICBA Glass/ITO ZnO ZnO 第 32 卷 第 2 期 73 李萌等：基于富勒烯类材料太阳能电池研究进展 发现其尽管对可见光吸收光谱和电化学性质影响不大，但是却导致光伏器件的特性受到一定影响。Zhao等22研究人员通过改变 PCBM 侧链中碳原子的数目（37）进行相关研究，发现材料的可见光吸收谱、荧光猝灭度、电子迁移率以及活性层的形貌都会受到影响，电池器件的能量转换效率也随碳原子数目增加有所降低。瑞典皇家技术学院(Swedish Royal Institute of Technology)的Song等23阐述了富勒烯类材料作为电子传输材料的内部机理，他们通过研究光电子能谱发现，PCnBM(n=60,70,84)能谱中的结合能与其相应的 Cn(n=60,70,84)相比明显有所减小，据推测其可能是因为从富勒烯骨架到侧链电荷的转移能力较弱，相当于增加了电荷的屏蔽效应。给体材料中，噻吩类材料有着很高的空穴传输性能，尤其是 poly(3-hexylthiophene)，聚 3-烷基噻吩(P3HT)24，其被广泛用于体异质结有机电池活性层中。随后，polyN-9-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4,7-di-2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)(PCDTBT)25以 及poly4,8-bis(2-ethylhexyl)oxy benzo1,2-b:4,5-b dithiophene-2,6-diyl 3-fluoro-2-(2ethylhexyl)carbonylthieno3,4-bthiophenediyl(PTB7)26等材料的出现，大大提高了光伏器件的转换效率，图 4 为有机太阳能电池中富勒烯衍生物和噻吩类材料的分子结构式。4.2 活性层材料掺杂 通过对活性层掺杂，可以改变材料的能级结构和各层的功函数，同时可以降低器件的串联电阻，增加器件的短路电流和开路电压，改善其光谱响应特性，进而提高器件光电性能。韩国科学技术高级研究院(Korea Advanced Institute of Science and Technology)的 Lee 等27研究了活性层 P3HT:PCBM 中掺入硼(B)、氮(N)等掺杂碳纳米管(Carbon Nanotubes)的器件的性能，发现掺杂之后电荷和空穴的传输明显增强，无掺杂活性层器件的短路电流密度为 9.08 103A/cm2，能量转换效率为 3%，掺杂 B-CNTs 之后短路电流密度为 11.47 103A/cm2，光电转换效率为 4.1%，器件的转换效率提高了 37%。北京交通大学(Beijing Jiaotong University)的 Zhuo 和Liu 等28-29分别在 P3HT:PCBM 活性层中掺杂碘(I2)单质和石墨烯(graphene)，从而提高了电荷载流子的传输和收集能力，扩大了活性层吸收光谱的宽度，有效地提高了电池器件的性能。法国昂热大学(University of Angers)的 Derbal 等30在活性层中掺杂单壁纳米碳管(single wall carbon nanotubes)，发现掺杂后电池能够吸收近红外区域的光谱，开路电压有了很大的提高。4.3 修饰层材料选取 在有机太阳能电池器件中，修饰层的引入和改进可以很大程度地提高电荷引出效率，阻挡激子和非收集载流子的传输。此外，修饰层的引入和掺杂还可以使界面之间的接触得到改善，因此，器件修饰层材料和工艺改进得到了众多研究者的关注。有机太阳能电池的阳极一般使用透光性和导电 图 4 有机太阳能电池中富勒烯衍生物和噻吩类材料 Fig.4 Fullerene derivatives and thiophene materials used in the organic solar cell 性能优良的 ITO 导电膜。然而，ITO 和有机活性层之间存在能级不匹配的缺点，这在一定程度上限制OCH3OPCBMICMA PCBM ICMA O OCH3 Cn-NCBAOROROROR Cn-NCBA OR OR OR OR IC60BA IC60BA SnP3HT SSSSOOFnOOPTB7 P3HT s PTB7 n n SSNC8H17C8H17NNSnPCDTBTC8H17 N n N S S S C8H17 N PCDTBT 74 李萌等：基于富勒烯类材料太阳能电池研究进展 Vol.32 No.2 Feb.2013 了其性能的提高。因此，研究人员通过引入不同阳极修饰层并对进行修饰层掺杂来克服这一缺点。有机太阳能电池的阳极修饰层材料一般采用聚3,4-乙 撑 二 氧 噻 吩：聚 苯 乙 烯 磺 酸 盐poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonic acid,PEDOT:PSS31，其结构如图 5 所示。国内外对PEDOT:PSS 薄膜的各方面性能进行了大量研究32-33。虽然 PEDOT:PSS 薄膜性能优异，但 PEDOT:PSS 呈酸性，易腐蚀 ITO。另外，其形貌难重复、纳米级薄膜电导率较低且在高温下易分解34。美国加利福尼亚大学(University of California)的 Shorotriya 等35分别用 MoO3、PEDOT:PSS 和 V2O5作为阳极修饰层进行对比实验，结果发现 MoO3作为阳极修饰层的器件能量转换效率达到 3.3%，其性能优于修饰层为PEDOT:PSS 的器件，原因可能是过渡金属氧化物可以很好地阻止 ITO 与活性层发生化学反应。此外，大多数过渡金属氧化物如 NiO36、Cr2O337、CuO38、Co2O339等，金或银纳米粒子40，石墨烯氧化物41以及自组装单分子层42也被广泛用于 ITO 电极的修饰层。图 5 经典阳极修饰层材料 PEDOT:PSS32 Fig.5 Classic anode modification layer material PEDOT:PSS32 有机太阳能电池阴极一般使用性质稳定、导电性能良好的金属，但阴极功函数太高与受体 LUMO能级不匹配会导致电子传输效率降低。因此，在受体和阴极之间也可以插入修饰层改善太阳能电池的性能。阴极修饰层可以降低光生激子在有机层与阴极界面处的淬灭，使光生激子能更充分地解离为电子和空穴。日本大阪大学(Osaka University)与福井工业大学(Fukui University of Technology)的 Kageyama 等43通过在 LiF 和 Al 层之间加入 MoO3作为缓冲层，有效地减少了激子在阴极界面的淬灭。阴极修饰层同时可以作为光学隔离层，使光照得到更充分吸收。美国加利福尼亚大学(University of California)的 Kim 等44在阴极和活性层之间加入TiOx作 为 光 学 隔 离 层，采 用 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCB M/TiOx/Al 器件结构进行研究发现，TiOx的引入使电池内部光场强度的空间分布得到改善，增加了器件对太阳光的吸收，而且阻隔了空气向活性层内部渗透，从而提高了器件的稳定性和寿命。4.4 电极材料选取 传统结构电池器件中阳极通常使用高功函数的ITO，但由于铟的地球储量稀少，锡的价格也很昂贵，制备条件苛刻，聚合物太阳能电池的工业化受到限制。因此，研究人员致力于寻找替代 ITO 的新型高效阳极材料。新材料需要有高电导性，高透光率以及好的稳定性。研究人员试图采用导电性良好的有机材料、无机氧化物材料以及纳米金属材料代替 ITO电极。斯坦福大学(Stanford University)的Gaynor等45通过制备银纳米线作为倒置电池的阴极代替传统的ITO 电极，其制作工艺更有利于以后卷对卷工业化生产。韩国庆熙大学(Kyung Hee University)的Park等46采用 GZO/Ag/GZO 和 AZO/Ag/AZO 多层电极代替ITO，这种多层电极具有电阻小、价格低廉，可以低温制备等优点。FTO47以及磁控溅射法制备 Al48掺杂 ZnO 电极等也都有可能取代 ITO 电极，目前这方面的研究也取得了较大进展。众所周知，有机光伏器件的转换效率和使用寿命与阴极的功函数都有密切的关系。阴极通常要求选用功函数尽可能低的材料，以便于提高电子的传输效率。目前，有机光伏器件的阴极主要有单层金属、合金、层状和掺杂复合型等49种类。对于单层金属作为阴极的情况，一般低功函数金属都可以作为阴极材料，如 Ag、Al、Ca、Mg、Li、In 等50。其中最常用的是 Al，主要是考虑到了其价格和稳定性因素。Ca 作为阴极51也常被用于聚合物光伏器件中，但其极易被氧化，在空气中极不稳定。由于低功函数的金属化学性质活泼，在空气中极易被氧化，对器件的稳定性不利。因此，常用低功函数金属和高功函数且化学性质稳定的金属一起蒸镀形成合金阴极。麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的 Ren 等52采用 Mg:Ag 合金作为电池阴极，电池转换效率达到了 4.1%，电池稳定性得到了很大提高。实验证明合金电极不仅可以提高器件稳定性，还可以提高其外量子效率，同时使有机膜上面形成稳定的金属薄膜。层状电极是由一层极薄的绝缘材料和一层较厚的 Al 组成的双层电极。层状阴极的电子传输性能比纯 Al 电极优良，因此，采用层状阴极制备的有机电池器件具有更好的光伏特性。Chen 等53利用 LiF 和MgO 与 Al 组成双层电极，使电池的转换效率和稳定性得到提高和改善。另外，还有研究者制作了复合型电极54，该电极是在阴极和聚合物活性层之间又SOOnPEDOT SO3HnPSS SO3H O n PSS S PEDOT O n 第 32 卷 第 2 期 75 李萌等：基于富勒烯类材料太阳能电池研究进展 添加了一层掺杂有低功函数金属的有机层，从而得到性能良好的电池器件。5 有机电池器件的发展趋势 基于目前世界上有机太阳能电池的研究现状可以看出，新材料的应用、修饰层和活性层的工艺改进、器件结构优化、电极材料的选取都是决定器件光电转换效率的直接因素，因此这方面的研究仍然会是有机太阳能电池器件研究的重点。例如，合成具有更宽光谱响应特性，能够提高富勒烯及其衍生物在可见-近红外区的光吸收率，具备更高迁移率和电荷分离效率的新材料，将成为今后太阳能电池材料方面研究的发展趋势。从目前高效稳定的叠层倒置结构器件可以看出，电池器件结构的优化对电池性能的提高也至关重要。器件的光电转换效率、稳定性、使用寿命以及制作工艺，将是决定有机太阳能电池能否实现工业化的关键因素。基于以上分析，笔者认为，未来的研究工作需要从以下几个方面进行突破：（1）在材料合成方面，利用官能团置换、p-n嵌段等方法开发迁移率高、带隙窄的聚合物材料以补充活性层材料的种类和数量的不足。在这些材料中，还要注意调节聚合物给体材料的 HOMO 能级以及受体材料的 LUMO 能级，从而更有利于活性层中激子的分离。同时，调节受体材料的 LUMO 能级，可以尽可能地提高开路电压。通过对 C60引入合适的高分子主链、侧链，合成更有利于电子传输的给体材料，从而达到提高器件光电性能的目的。（2）在器件工艺方面，通过选择合适的界面修饰材料和电极，优化界面能级排列，降低界面势垒，促进光生激子的有效解离和载流子传输。利用先进简便的处理工艺精确调控器件形貌，减少缺陷，形成高效的载流子传输和收集通道，从而提高器件的量子效率。（3）在器件结构方面，考虑到载流子的有效传输和抽取，以及活性层中聚合物相分离等的特点，同时考虑到器件对太阳光中更宽的光谱吸收，采用适当的器件结构，如倒置结构以及叠层结构，可以更好地提高有机光伏器件的稳定性、使用寿命以及转换效率。参考文献：1 ZHANG F,XU X,TANG W,et al.Recent development of the inverted configuration organic solar cells J.Sol Energy Mater Sol Cells,2011,95(7):1785-1799.2 CHU T,TSANG S W,ZHOU J,et al.High-efficiency inverted solar cells based on a low bandgap polymer 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