Fabry-perot resonant optical coating-based semitransparent organic photovoltaic device and method for making the same

Abstract

The present disclosure provides Fabry-Perot resonant optical coating-based semitransparent organic photovoltaic device and method for making the same. A Fabry-Perot resonant optical coating structure comprises a first resonator and a second resonator coupled to the first resonator. The first resonator and the second resonator share a common metal layer.

Description

FABRY-PEROT RESONANT OPTICAL COATING-BASED SEMITRANSPARENT ORGANIC PHOTOVOLTAIC DEVICE AND METHOD FOR MAKING THE SAMECROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

[0001] This application claims priority to the U.S. provisional patent application Ser. No. 63 / 668,643, filed July 8, 2024, hereby incorporated herein by reference as to its entirety. FIELD OF THE DISCLOSURE

[0002] The present disclosure generally relates to organic photovoltaics.BACKGROUND

[0003] Reference to any prior art in the specification is not an acknowledgment or suggestion that this prior art forms part of the common general knowledge in any jurisdiction or that this prior art could reasonably be expected to be understood, regarded as relevant, and / or combined with other pieces of prior art by a skilled person in the art.

[0004] Organic photovoltaics (OPVs) have emerged as an innovative contender in the field of sustainable energy technologies due to their numerous features, such as low production cost, semitransparency, mechanical flexibility, solution preparation, and lightweight. With the rapid development of functional conjugated materials and device engineering, the power conversion efficiency (PCE) of single-junction OPV devices has been reaching 20%. The emerging non-fullerene acceptors (NFAs) are currently the major focus of research for OPVs, where Y6 derivatives are the most representative ones. For numerous Y6 derivatives-based OPVs with PCE exceeding 19%, the photoactive layer exhibits a discrete absorption extending to the near-infrared (NIR) region with a bandgap of about 1.3 eV. It is beneficial for constructing high-performing semitransparent organic photovoltaics (ST-OPVs) , which aim at maximizing both PCE and average visible transmittance. ST-OPVs have attracted great interest in the scientific and industrial communities due to their many promising applications in building-integrated photovoltaics (BIPVs) , including smart windows, vehicle skylights, greenhouse rooftops, and large public spaces.

[0005] The development of near-infrared photoactive materials, transparent electrode engineering, and optical management structures are the main strategies for efficient ST-OPVs. ST-OPVs based on Y6 derivatives can achieve approximately 80%of the PCE of opaque devices with an average visible transmittance (AVT) of nearly 20%. Highly efficient and reproducible ST-OPVs have been fabricated with ultrathin metal films as transparent electrodes, such as gold (Au) and silver (Ag) with a thickness of about 10-20 nm. An ideal transparent photovoltaic device for BIPV applications should have several characteristics, including high light utilization efficiency (LUE) , high AVT, the color rendering index (CRI) , approaching 100 for displaying the intrinsic color of the object, and superior lifespan. As early as 2012, it has been demonstrated the suitability of the PBDTTT-C-T: PC71BM active layer system for power generation window applications, exhibiting an impressive transparency color rendering capability with a CRI of 96 and PCE of 6%. By integrating one-dimensional photonic crystals (1DPCs) into the transparent electrodes, a further increase in CRI approaching 100 has been achieved for fullerene-based ST-OPVs. Considering the rapid progress of landmark Y6 derivatives-based OPVs, ST-OPVs further step challenges to balance the metrics among CRI, AVT, PCE, and LUE. For example, NIR acceptor-based ST-OPVs (PM6-Ir1: BTP-eC9: PC71BM) and 1DPCs have been used to achieve a trade-off between device performance and neutral color, where a high CRI of 96.5 is reported, but the LUE is only 2.09%with a low AVT of 20%.SUMMARY

[0006] One or more embodiments of the present disclosure provide a Fabry-Perot resonant optical coating (FPOC) structure that comprises a first resonator and a second resonator coupled to the first resonator. The first resonator and the second resonator share a common metal layer.

[0007] Alternatively or additionally, the first resonator comprises a first metal layer, a first dielectric layer, and the common metal layer. The second resonator comprises the common metal layer and a second dielectric layer.

[0008] Alternatively or additionally, both the first metal layer and the common metal layer comprise silver (Ag) , and both the first dielectric layer and the second dielectric layer comprise tellurium dioxide (TeO2) .

[0009] Alternatively or additionally, the first metal layer has a thickness in a range from 7 nm to 21 nm, and the common metal layer has a thickness in a range from 7 nm to 21 nm.

[0010] One or more embodiments of the present disclosure provide a semitransparent organic photovoltaic (ST-OPV) device. The ST-OPV device comprises an anode assembly, a cathode assembly, and an active layer sandwiched between the anode assembly and the cathode assembly. The cathode assembly comprises a Fabry-Perot resonant optical coating (FPOC) structure that comprises a first metal layer, a first dielectric layer disposed on the first metal layer, a common metal layer disposed on the first dielectric layer, and a second dielectric layer disposed on the common metal layer.

[0011] Alternatively or additionally, both the first metal layer and the common metal layer comprise silver (Ag) , and both the first dielectric layer and the second dielectric layer comprise tellurium dioxide (TeO2) .

[0012] Alternatively or additionally, the first metal layer has a thickness in a range from 7 nm to 21 nm, and the common metal layer has a thickness in a range from 7 nm to 21 nm.

[0013] Alternatively or additionally, the cathode assembly further comprise a buffer layer disposed on the active layer.

[0014] Alternatively or additionally, the buffer layer comprises N, N'-Bis [3- (dimethylamino) propyl] perylene-3, 4, 9, 10-tetracarboxylic diimide (PDINN) ) , Poly [ (9, 9-bis (3'- ( (N, N-dimethyl) -N-ethylammonium) -propyl) -2, 7-fluorene) -alt-2, 7- (9, 9-dioctylfluorene) ] dibromide (PFN-Br) , or zinc oxide nanoparticles.

[0015] Alternatively or additionally, the cathode assembly comprises a seed layer sandwiched between the buffer layer and the first metal layer.

[0016] Alternatively or additionally, the seed layer comprises gold (Au) .

[0017] Alternatively or additionally, the seed layer has a thickness in a range from 0.5 nm to 2 nm, preferably less than 1 nm.

[0018] Alternatively or additionally, the active layer comprises a combination of PM6, BTP-eC9, and L8-BO.

[0019] Alternatively or additionally, a weight ratio of PM6, BTP-eC9, and L8-BO is 0.8: 1: 0.2.

[0020] Alternatively or additionally, the anode assembly comprises an antireflection coating (ARC) layer, an indium tin oxide (ITO) -coated glass disposed on the ARC layer, and a Poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) : Polystyrenesulfonate (PEDOT: PSS) layer sandwiched between the ITO-coated glass and the active layer.

[0021] One or more embodiments of the present disclosure provide a method for making the ST-OPV device according to one or more embodiments of the present disclosure. The method comprises forming the anode assembly, forming the active layer on the anode assembly, and forming the cathode assembly on the active layer.

[0022] Alternatively or additionally, forming the cathode assembly comprises growing the FPOC structure by vacuum thermal evaporation.

[0023] Alternatively or additionally, the method comprises forming a buffer layer on the active layer.

[0024] Alternatively or additionally, the method comprises forming the buffer layer comprising depositing a methanol solution of N, N'-Bis [3- (dimethylamino) propyl] perylene-3,4, 9, 10-tetracarboxylic diimide (PDINN) on the active layer.

[0025] Alternatively or additionally, the method comprises comprising evaporating a layer of gold (Au) as a seed layer on the buffer layer by a thermal evaporator.

[0026] Other example embodiments are discussed herein.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0027] The detailed description is set forth with reference to the accompanying drawings. The drawings are provided for purposes of illustration only and merely depict example embodiments of the disclosure. The drawings are provided to facilitate understanding of the disclosure and shall not be deemed to limit the breadth, scope, or applicability of the disclosure. The drawings are not to scale, unless otherwise disclosed. Certain parts of the drawings are exaggerated for explanation purposes and shall not be considered limiting unless otherwise specified.

[0028] FIG. 1 illustrates a Fabry-Perot resonant optical coating (FPOC) structure according to certain embodiments of the present disclosure.

[0029] FIG. 2 illustrates a semitransparent organic photovoltaic (ST-OPV) device according to some embodiments of the present disclosure.

[0030] FIG. 3 illustrates a semitransparent organic photovoltaic (ST-OPV) device according to some other embodiments of the present disclosure.

[0031] FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for making a ST-OPV device according to certain embodiments of the present disclosure.

[0032] FIG. 5 shows chemical structures and film absorption: (a) chemical structures of PM6, BTP-eC9, and L8-BO; and (b) normalized film absorption of PM6, BTP-eC9, L8-BO, and the blend film of PM6: BTP-eC9: L8-BO (0.8: 1: 0.2) , according to certain embodiments of the present disclosure.

[0033] FIG. 6 shows photovoltaic characteristics of 7-nm Ag and 0.8 / 7-nm Au / Ag-based ST-OPVs with 110-nm PM6: BTP-eC9: L8-BO (D: A: A = 0.8: 1: 0.2) active layer: (a) optical transmittance spectra and the inset figure is the sheet resistance (RS) with the structure of glass / PDINN / Ag (7 nm) and glass / PDINN / Au (0.8 nm)  / Ag (7 nm) ; (b) J-V curves; (c) EQE curves; and (d) transmittance spectra (380-780 nm) , according to certain embodiments of the present disclosure.

[0034] FIG. 7 is a table showing the photovoltaic and optical performance of 110-nm PM6: BTP-eC9: L8-BO (0.8: 1: 0.2) based ST-OPVs with 7-nm Ag (7 nm) and 0.8 / 7-nm Au / Ag according to certain embodiments of the present disclosure, where the JSC values in brackets are integrated from the EQE curves.

[0035] FIG. 8 shows the photovoltaic performance and optical properties of the Au / Ag ST-OPVs (65-110 nm) : (a) J-V curves; (b) EQE curves; (c) transmittance spectra (380-780 nm) ; and (d) T-SER spectra (300-2500 nm) , and NIR-SER spectra (780-2500 nm) , according to certain embodiments of the present disclosure.

[0036] FIG. 9 is a table showing the photovoltaic and optical performance of 0.8 / 7-nm Au / Ag-based ST-OPVs with different active layer thicknesses according to certain embodiments of the present disclosure, where the JSC values in brackets are integrated from the EQE curves.

[0037] FIG. 10 shows the CIE 1931 chromaticity coordinates of 0.8 / 7-nm Au / Ag-based ST-OPVs with different active layer thicknesses according to certain embodiments of the present disclosure.

[0038] FIG. 11 shows fitted refractive indexes of different materials: (a) PEDOT: PSS; (b) PDINN; (d) TeO2; and (d) PM6: BTP-eC9: L8-BO (0.8: 1: 0.2) according to certain embodiments of the present disclosure.

[0039] FIG. 12 shows simulated and experimented parameters of 0.8 / 7-nm Au / Ag-based ST-OPVs with different active layer thicknesses: (a) AVT values; and (b) JSC values according to certain embodiments of the present disclosure.

[0040] FIG. 13 shows the simulated LUE as a function between the thickness of Ag (7-20 nm) and the thickness of the active layer (0-200 nm) according to certain embodiments of the present disclosure.

[0041] FIG. 14 shows characteristics of Fabry–Perot resonant optical coating structures: (a) the experimental and simulated transmittance spectra (380-780 nm) and normalized absorption curve of PM6: BTP-eC9: L8-BO (0.8: 1: 0.2) active layer; (b) the schematic diagram of the multilayer stacking FPOC structure, where dm and dd represent the thicknesses of the metal and dielectric layers, respectively, εm and εd are the dielectric constants, NP is the number of periods in the cell, and θinc is the angle of incidence; (c) the simulated transmittance spectra of Ag (7 nm)  / TeO2 (0-500 nm) ; (d) Simulated T, R, and A spectra of Ag (7 nm)  / TeO2 (210 nm) for Np = 1; (e) Simulated T, R, and A spectra of Ag (7 nm)  / TeO2 (50 nm)  / Ag (7 nm)  / TeO2 (50 nm) for Np = 2; and (f) the simulated T spectrum as a function of θinc for MT illumination, and the Np = 2, according to certain embodiments of the present disclosure.

[0042] FIG. 15 shows the optical performance of Fabry-Perot resonant optical coating structures: (a) the simulated T, R, and A as a function of wavelength for the FPOC structure with dm = 7 nm, dd = 50 nm, and θinc = 0° for Np = 1; (b) simulated transmittance spectra with the structure of Ag (7 nm)  / TeO2 (50 nm)  / Ag (7-21 nm)  / TeO2 (50 nm) ; (c) simulated transmittance spectra with the structure of Ag (7 nm)  / TeO2 (30-100 nm)  / Ag (7 nm)  / TeO2 (50 nm) ; and (d) simulated transmittance spectra with the structure of Ag (7 nm)  / TeO2 (50 nm)  / Ag (7 nm)  / TeO2 (30-100 nm) , according to certain embodiments of the present disclosure.

[0043] FIG. 16 is a table showing the simulated optical performance of ST-OPVs with different FPOCs according to certain embodiments of the present disclosure.

[0044] FIG. 17 shows the optical and photovoltaic characteristics of FPOC-integrated ST-OPVs with 11-21 nm Ag, the active layer is 75 nm: (a) simulated transmittance spectra of FPOC-integrated ST-OPVs; (b) experimental transmittance spectra of FPOC-integrated ST-OPVs; (c) the simulated and experimental JSC with different FPOC structures; and (d) experimental T-SER (300-2500 nm) and NIR-SER (780-2500 nm) of FPOC-integrated ST-OPVs, according to certain embodiments of the present disclosure.

[0045] FIG. 18 is a table showing the photovoltaic and optical performance of 75-nm ST-OPVs with different FPOCs according to certain embodiments of the present disclosure.

[0046] FIG. 19 show the photovoltaic performance and optical properties of Au / Ag-based ST-OPV (75 nm) and FPOC-integrated ST-OPV s (75 and 65 nm) : (a) The FPOC integrated ST-OPV with the architecture of ARC / Glass / ITO / PEDOT: PSS / PM6: BTP-eC9: L8-BO / PDINN / Au / Ag / TeO2 / Ag / TeO2; (b) J-V curves; (c) EQE curves; (d) simulation of the exciton generation in ST-OPVs with and without FPOC; (e) experimental transmittance spectra (380-780 nm) ; (f) CIE 1931 coordinates; (g) T-SER spectra (300-2500 nm) ; (h) summary of the reported LUE and CRI of ST-OPVs; and (i) photograph of glass, Au / Ag-based ST-OPV (75 nm) and FPOC-integrated ST-OPV s (75 and 65 nm) using colorful balls as background, according to certain embodiments of the present disclosure.

[0047] FIG. 20 is a table showing the simulated photovoltaic and optical characteristics of ARC / FPOC-integrated ST-OPVs with different active layers (65-110 nm) according to certain embodiments of the present disclosure.

[0048] FIG. 21 shows the optical and photovoltaic characteristics of ARC / FPOC-integrated ST-OPVs with different active layers (65-110 nm) , the inner Ag is 17 nm: (a) simulated transmittance spectra of FPOC-integrated ST-OPVs; (b) simulated T-SER (300-2500 nm) transmittance spectra of FPOC-integrated ST-OPVs; (c) simulated NIR-SER (780-2500 nm) transmittance spectra of FPOC-integrated ST-OPVs; and (d) simulated and experimental JSC values of FPOC-integrated ST-OPVs, according to certain embodiments of the present disclosure.

[0049] FIG. 22 shows the photovoltaic performance and optical properties of ARC / FPOC-integrated ST-OPVs with different active layers (65-110 nm) : (a) J-V curves; (b) EQE curves; (c) the experimental transmittance spectra (380-780 nm) ; (d) the CIE 1931 chromaticity coordinates; and (e) the statistical photovoltaic data of ARC / FPOC-integrated ST-OPVs with 75-nm active layers, according to certain embodiments of the present disclosure.

[0050] FIG. 23 is a table showing the experimental photovoltaic and optical performance of ARC / FPOC-integrated ST-OPVs with different active layers (65-110 nm) according to certain embodiments of the present disclosure, where the JSC values in brackets are integrated from the EQE curves.

[0051] FIG. 24 shows photon balance (T+R+EQE) check for FPOC-integrated ST-OPVs with different active layers (65-110 nm) : (a) 65 nm; (b) 70 nm; (c) 75 nm; (d) 80 nm; (e) 90 nm; (f) 100 nm; and (g) 110 nm, according to certain embodiments of the present disclosure.

[0052] FIG. 25 shows (a) transmittance spectra (T-SER: 300-2500 nm, NIR-SER: 780-2500 nm) of ARC / FPOC-integrated ST-OPVs with different active layers (65-110 nm) ; and (b) the solar energy distribution of ultraviolet, visible (380-780 nm) , and near-infrared light (NIR, 780-2500 nm) , transmittance spectra of Au / Ag-based ST-OPV (75 nm) and FPOC-integrated ST-OPV (75 nm) according to certain embodiments of the present disclosure.

[0053] FIG. 26 is a table showing the photovoltaic and optical performance of the Au / Ag-based ST-OPV (75 nm) and FPOC-integrated ST-OPV s (75 and 65 nm) according to certain embodiments of the present disclosure.

[0054] FIG. 27 shows CIELAB color space, and (a*, b*) is (0, 0) when it is ideally neutral: (a) AM 1.5G; (b) Au / Ag-based ST-OPV (75 nm) ; (c) FPOC-integrated ST-OPV (75 nm) ; and (d) FPOC-integrated ST-OPV (65 nm) according to certain embodiments of the present disclosure.

[0055] FIG. 28 shows scaled-up FPOC-integrated ST-OPVs (20 mm × 20 mm) with 75-nm active layer: (a) the image of the 100-mm2 device; and (b) J-V curve, according to certain embodiments of the present disclosure.

[0056] FIG. 29 shows device stability: (a) spectrum of LED source for ISOS-L-1 stability test; and (b) normalized PCE of aging devices as a function of time upon light condition, according to certain embodiments of the present disclosure.

[0057] FIG. 30 shows thermal images captured by a Fluke IR camera for measuring the thermal rejection: (A) the experimental testing setup for thermal rejection performance is presented in the physical diagram (left) and the schematic diagram (right) , and thermal image of the black object and the windows after 5-min exposure under the xenon lamp using: (B) air, (C) glass, (D) Au / Ag-based ST-OPV, and (E) FPOC integrated ST-OPVs, as the windows, according to certain embodiments of the present disclosure.

[0058] FIG. 31 shows the transmittance spectra, experimental setup, and observations of the incident angle insensitivity FPOC ST-OPVs (75 nm) device: (a) the simulated transmittance spectra for Mean-polarized light, (b) the experimental transmittance spectra for Mean-polarized light, (c) schematic of the experiment setup, (d) θinc is 0°, (e) θinc is 45°, and (f) θinc is 60° according to certain embodiments of the present disclosure.

[0059] FIG. 32 shows the optical performance (T, R, and A) of FPOC-integrated ST-OPVs (75 nm) under different angles of incidence θinc: (a) 0-60°; (b) 0°; (c) 10°; (d) 20°; (e) 30°; (f) 40°; (g) 50°; and (h) 60°, according to certain embodiments of the present disclosure.

[0060] FIG 33 is a table showing the optical performance of FPOC-integrated ST-OPVs (75 nm) under different angles of incidence θinc according to certain embodiments of the present disclosure.DETAILED DESCRIPTION

[0061] The present disclosure will now be described with reference to the following examples which should be considered in all respects as illustrative and non-restrictive.

[0062] Throughout the description and the claims, the words “comprise” , “comprising” , and the like are to be construed in an inclusive sense as opposed to an exclusive or exhaustive sense; that is to say, in the sense of “comprising, but not limited to” .

[0063] Furthermore, as used herein and unless otherwise specified, the use of the ordinal adjectives “first” , “second” , etc., to describe a common object, merely indicate that different instances of like objects are being referred to, and are not intended to imply that the objects so described must be in a given sequence, either temporally, spatially, in ranking, or in any other manner.

[0064] Example embodiments relate to a Fabry-Perot resonant optical coating (FPOC) structure, a semitransparent organic photovoltaic (ST-OPV) device, such as a neutral-color ST-OPV device, and method for making the same.

[0065] The present inventors have recognized that for many-layers optical thin film structure, the angular dependence performance is an unescapable effect, and the CRI values are below 90. The FP resonant cavity structure provides an effective way to manage optical properties for ST-OPVs. Metal-optical dielectric layer-metal-based microcavity can be utilized to construct cyan color ST-OPV with a CRI of 92.5, and serves as a visible color filter that can possess a high reflectivity in the NIR region. While traditional FP resonant cavity has potential for actualizing high-performance neutral-color ST-OPVs by optical and thermal management, its narrow-band feature is not enough to cover the whole visible region (380 nm -780 nm) , leaving challenges for power generation windows.

[0066] Example embodiments solve one or more of the problems associated with the existing technologies and provide technical solutions with new designs and improved performance.

[0067] One or more embodiments provide a FPOC structure that comprises a first resonator and a second resonator coupled to the first resonator. The first resonator and the second resonator share a common metal layer, such as a common Ag layer with proper thickness, e.g. in a range from 7 nm to 21 nm, such as 17 nm.

[0068] One or more embodiments provide a ST-OPV device that comprises an anode assembly, a cathode assembly and an active layer sandwiched between the anode assembly and the cathode assembly. The cathode assembly comprises a FPOC structure according to one or more embodiments as described herein.

[0069] One or more embodiments provide a structure of Ag / TeO2 / Ag / TeO2-based FPOC structure, which, to the best knowledge of the present inventors, has never been reported before. The FPOC structure has two coupled resonators,

[0070] According to one or more embodiments, the novel visible dual-bandpass FPOC of Ag (7 nm)  / TeO2 / Ag (17 nm)  / TeO2 exhibits excellent neutral-color tunability and thermal insulation.

[0071] One or more embodiments provide a flexible regulation of transmittance distribution for Ag / TeO2 / Ag / TeO2-integrated ST-OPVs, which, to the best knowledge of the present inventors, has never been reported before.

[0072] According to one or more embodiments, the high-performance multifunctional neutral-color ST-OPVs have been fabricated by integrating an Ag / TeO2 / Ag / TeO2-based FPOC. Two coupled resonators of FPOCs are fabricated to manipulate two adjacent transmission peaks in the visible region and high reflection from 1200 nm to 2500 nm, revealing its excellent CRI tunability and thermal insulation. Meanwhile, FPOC-integrated ST-OPVs possess adequate angular insensitivity up to ±60° and still maintain a neutral color.

[0073] One or more embodiments demonstrate the flexibility and multifunctionality of Ag / TeO2 / Ag / TeO2-based FPOC for constructing neutral-color, heat-insulated, and angular-insensitive ST-OPVs with high performance, thereby significantly promoting its future commercial applications.

[0074] According to one or more embodiments, as an example, 65-nm FPOC-integrated ST-OPVs demonstrate the highest CRI of 99.23 with a CIELAB coordinate of (72.9, -0.28, -0.08) , which, to the best knowledge of the present inventors, is the highest reported value for ST-OPVs. Due to the flexibility of Ag / TeO2 / Ag / TeO2-based FPOC, all of the ST-OPVs with different active layer thicknesses can realize near-ideal neutral color, where the CIE 1931 color coordinates are close to AM1.5G. Besides, FPOC-integrated ST-OPVs exhibit superior thermal insulation properties, where the highest total and near-infrared solar energy rejected dual functional efficiencies (T-DFE and NIR-DFE) values of 2.92%and 3.47%are obtained.

[0075] According to one or more embodiments, two coupled resonators of FPOCs are fabricated to manipulate two adjacent transmission peaks in the visible region (380-780 nm) and high reflection from 1200 nm to 2500 nm, revealing its excellent CRI tunability and thermal insulation. The 75-nm FPOC-integrated ST-OPV exhibits a CRI of 97.31, a high AVT of 43.15%, and a LUE of 3.90%with superior thermal insulation properties, where the highest T-DFE and NIR-DFE are 2.92%and 3.47%, respectively. The record CRI value of 99.23 is achieved for the 65-nm FPOC-integrated ST-OPVs. Attributed to the angular tolerance of FPOC, the neutral-color ST-OPVs exhibit good angular insensitivity up to ±60°.

[0076] One or more embodiments demonstrate a 5.35%record LUE by an aperiodic band-pass electrode to almost fully release the NIR potential, with high PCE and LUE in a broad range.

[0077] According to one or more embodiments, to achieve a neutral color with a CRI value approaching 100, the absorption distribution in the visible region is expected to be flat. Two coupled resonators for FPOCs are designed to manipulate two adjacent transmission peaks in the visible region and high reflection from 1200 nm to 2500 nm, implying its excellent CRI tunability and thermal insulation. A conventional ST-OPVs with PM6: BTP-eC9: L8-BO as an active layer and Au / Ag hybrid transparent electrode are fabricated, achieving a decent LUE of 3.82%with a PCE of 9.81%, AVT of 38.99%, and CRI of 81.21. One or more embodiments observe a transmission peak at 400-500nm and a transmission valley at 500-700nm with different amplitudes occurring in the absorption distribution of the active layer. The optical properties of Ag / TeO2 / Ag / TeO2-based FPOCs are systematically investigated through optical simulations and experimental preparation. The results indicate that Ag / TeO2 / Ag / TeO2-based FPOCs can be designed as color modulation of ST-OPVs and visible bandpass filters with excellent thermal insulation. FPOC-integrated ST-OPVs are fabricated with the architecture of antireflection coating (ARC)  / ITO / PEDOT: PSS / PM6: BTP-eC9: L8-BO (0.8: 1: 0.2)  / PDINN / Au (0.8nm)  / Ag (7nm)  / TeO2 / Ag (17nm)  / TeO2. The highest LUE of 3.90%can be achieved in derived devices with a 75-nm active layer, with a distinguished CRI of 97.31 and an AVT of 43.15%. Meanwhile, the 75-nm FPOC-integrated ST-OPV exhibits a total solar energy rejection (T-SER) of 75%and NIR solar energy rejection (NIR-SER) of 89.11%, ultimately leading to a high-performance total solar energy rejection dual-function efficiency (T-DFE) of 2.92%and NIR solar energy rejection dual-function efficiency (NIR-DFE) of 3.47%, which realizes 20%enhancement compared to the counterpart device. The highest CRI value of 99.23 is recorded for the 65-nm FPOC-integrated devices. Impressively and surprisingly, attributed to the angular tolerance of FPOC, the neutral-color ST-OPVs exhibit good angular insensitivity up to ±60°, which keeps the CRI value almost constant -an important feature for visual applications. The visible dual-bandpass Ag / TeO2 / Ag / TeO2-based FPOCs can be utilized for the realization of efficient neutral-color ST-OPVs with color rendering properties approaching 100, a high AVT of over 45%, a superior solar energy rejection, and angular insensitivity. This breakthrough demonstrates the enormous potential of ST-OPVs as a viable and promising green energy solution for a more sustainable future.

[0078] One or more embodiments provide neutral-color semitransparent organic photovoltaics that have great potential in the industries, such as BIPV and smart wearable field.

[0079] FIG. 1 illustrates a FPOC structure 10 according to certain embodiments of the present disclosure. The FPOC structure 10 comprises a first resonator 2 and a second resonator 4 coupled to the first resonator 2.

[0080] The first resonator 2 comprises a first metal layer 21, a first dielectric layer 22 disposed on the first metal layer 21, and a common metal layer 24 disposed on the first dielectric layer 22. The second resonator 4 comprises the common metal layer 24 and a second dielectric layer 41 disposed on the common metal layer 24. That is, the first resonator 2 and the second resonator 4 share the common metal layer 24.

[0081] Each of the first metal layer 21 and the common metal layer 24 may comprise one or more metal materials, such as Ag, Au, Al and Cu. In some embodiments, each of the first metal layer 21 and the common metal layer 24 may be a muti-layer comprising two or more metal layers stacked together. In some embodiments, both the first metal layer 21 and the common metal layer 24 comprise Ag. In some embodiments, each of the first metal layer 21 and the common metal layer 24 is formed as a layer of Ag or an Ag layer. In some embodiments, the first metal layer 21 has a thickness in a range from 7 nm to 21 nm, and the common metal layer 24 has a thickness in a range from 7 nm to 21 nm. In some embodiments, the first metal layer 21 is an Ag layer with a thickness of 7 nm, and the common metal layer 24 is an Ag layer with a thickness of 17 nm.

[0082] Each of the first dielectric layer 22 and second dielectric layer 41 can be a lossless dielectric layer. Each of the first dielectric layer 22 and second dielectric layer 41 may comprise one or more dielectric materials, such as TeO2, LiF, BiF3, MoO3, and ZnS. Each of the first dielectric layer 22 and second dielectric layer 21 may be a muti-layer comprising two or more dielectric layers stacked together. In some embodiments, both the first dielectric layer 22 and the second dielectric layer 41 comprise tellurium dioxide (TeO2) . In some embodiments, each of the first dielectric layer 22 and the second dielectric layer 42 has a thickness in a range from 10 nm to 500 nm.

[0083] FIG. 2 illustrates a ST-OPV device 200 according to certain embodiments of the present disclosure. The ST-OPV device 200 comprises an anode assembly 210, a cathode assembly 220, and an active layer 230 sandwiched between the anode assembly 210 and the cathode assembly 220.

[0084] The cathode assembly 220 functions as an electron-collecting electrode, responsible for extracting and transporting electrons generated during photoexcitation in the active layer. Typically comprising a conductive material, such as aluminum, silver, or a low-work-function metal, and often incorporating an electron transport layer (ETL) , the cathode assembly enhances electron selectivity while reducing interfacial recombination losses.

[0085] In the present embodiment, the cathode assembly 220 comprises a FPOC structure 222. The FPOC structure 222 can be a FPOC structure as described herein with reference to one or more embodiments, such as the FPOC structure 10.

[0086] The cathode assembly 220 comprises a buffer layer 224 disposed on the active layer 230. In some embodiments, the buffer layer 224 comprises N, N'-Bis [3-(dimethylamino) propyl] perylene-3, 4, 9, 10-tetracarboxylic diimide (PDINN) . In some other embodiments, the buffer layer may comprise Poly [ (9, 9-bis (3'- ( (N, N-dimethyl) -N-ethylammonium) -propyl) -2, 7-fluorene) -alt-2, 7- (9, 9-dioctylfluorene) ] dibromide (PFN-Br) or zinc oxide nanoparticles .

[0087] Additionally or optionally, the cathode assembly 220 comprises a seed layer 226 sandwiched between the buffer layer 224 and the FPOC structure 222. In some embodiments, the seed layer 226 comprises gold (Au) . The seed layer 226 has a thickness in a range from 0.5 nm to 2 nm. In some embodiments, the seed layer 226 is an Au layer with a thickness no greater than 1 nm, such as 0.8 nm.

[0088] The active layer 230 serves as the light-absorbing region where incident photons generate excitons (bound electron-hole pairs) that dissociate into free charge carriers. Comprising a blend of electron-donating and electron-accepting organic materials, such as conjugated polymers and fullerenes or non-fullerene acceptors, the active layer facilitates efficient charge separation and transport. The the active layer 230 may comprise polymer donor and non-fullerene acceptors, such as PM6, D18, Y6, BTP-eC9, and L8-BO. In some embodiments, the active layer 230 comprises a combination of PM6, BTP-eC9, and L8-BO. In some embodiments, the weight ratio of PM6, BTP-eC9, and L8-BO is 0.8: 1: 0.2.

[0089] The anode assembly 210 functions as a charge-collecting electrode that facilitates the extraction and transport of holes generated during photoexcitation. Typically composed of a conductive substrate, such as indium tin oxide (ITO) , and often supplemented with a hole transport layer (HTL) , the anode assembly enhances charge selectivity while minimizing recombination losses. Additionally, the anode assembly may incorporate surface modifications or nanostructured coatings to improve conductivity, stability, and interfacial contact with adjacent layers. The anode assembly 210 may be configured properly. In some embodiments, the anode assembly 210 comprises an antireflection coating (ARC) layer, an ITO-coated glass disposed on the ARC layer; and a Poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) : Polystyrenesulfonate (PEDOT: PSS) layer sandwiched between the ITO-coated glass and the active layer 230.

[0090] FIG. 3 is an example ST-OPV device 300 according to certain embodiments of the present disclosure. The ST-OPV device 300 can be a specific implementation of the ST-OPV device 200 as described above with reference to FIG. 2.

[0091] The ST-OPV device 300 comprises an anode assembly 310, a cathode assembly 320, and an active layer 330 sandwiched between the anode assembly 310 and the cathode assembly 320.

[0092] The cathode assembly 320 comprises a FPOC structure 322. The FPOC structure 322 can be a FPOC structure as described herein with reference to one or more embodiments, such as the FPOC structure 10 or 222.

[0093] The FPOC structure 322 comprises a first metal layer 3221 in the form of an Ag layer, a first dielectric layer 3222 in the form of a TeO2 layer disposed on the first metal layer 3221, a common metal layer 3224 in the form of an Ag layer disposed on the first dielectric layer 3222, and a second dielectric layer 3241 in the form of a TeO2 layer disposed on the common metal layer 3224.

[0094] The cathode assembly 320 further comprises a buffer layer 324 in the form of a PDINN layer disposed on the active layer 330, and a seed layer 326 in the form of an Au layer sandwiched between the buffer layer 324 and the first metal layer 3221.

[0095] As illustrated, the active layer 330 comprises a combination of PM6, BTP-eC9, and L8-BO. The anode assembly 310 comprises an ARC layer 312, an ITO-coated glass 314 disposed on the ARC layer 312, and a PEDOT: PSS layer 316 sandwiched between the ITO-coated glass 314 and the active layer 330.

[0096] FIG. 4 is a flowchart illustrating a method 400 for making a ST-OPV device according to certain embodiments of the present disclosure. The ST-OPV device can be one or more ST-OPV devices as described herein with reference to one or more embodiments, such as the ST-OPV device 200.

[0097] Block 402 states forming an anode assembly. For example, a PEDOT: PSS layer or film can be spin-coated on one surface of an ITO-coated glass. An ARC layer can be formed on the opposite surface of the ITO-coated glass.

[0098] Block 406 states forming active layer on the anode assembly. For example, the active layer can be formed by spin-coating a solution comprising PM6, BTP-eC9, and L8-BO.

[0099] Block 408 states forming a cathode assembly on the active layer. For example, a methanol solution of N, N'-Bis [3- (dimethylamino) propyl] perylene-3, 4, 9, 10-tetracarboxylic diimide (PDINN) can be deposited on the active layer to form a buffer layer. A layer of Au can be deposited on the buffer layer by a thermal evaporator to form a seed layer. A FPOC structure can be grown onto the seed layer by vacuum thermal evaporation.

[0100] One or more embodiments provide examples for materials and solution preparations for device fabrication. In these embodiments, regarding the materials, PEDOT: PSS (CLEVIOSTM P VP AI 4083) is purchased from Heraeus. PM6, BTP-eC9, and L8-BO are purchased from Solarmer Materials Inc. PDINN is purchased from Suna Tech Inc. The solvents and other materials are purchased from Sigma-Aldrich. All reagents are used directly.

[0101] Regarding the device fabrication, ITO-coated glass substrates (15 Ω sq-1) are cleaned via sequential ionization in detergent, deionized water, acetone, and isopropanol. All pre-cleaned ITO substrates are treated with oxygen plasma for 180 seconds to increase work function and clearance. PEDOT: PSS layer (30 nm) is spin-coated at a speed of 3500 rpm onto the ITO glass and annealed at 150 for 15 min. PM6: BTP-eC9: L8-BO are dissolved in chlorobenzene with a total concentration of 20 mg ml-1 (D: A: A= 0.8: 1: 0.2) . The solutions are stirred at room temperature. Before spin-coating the active layer, 1, 8-diiodooctane (DIO, 0.5%v / v) is added. The active layer film is spin-coated on the PEDOT: PSS layer in a nitrogen-filled glove box and thermal annealing treatment at 100 ℃ for 10 min. Then methanol solution of PDINN at a concentration of 1.0 mg ml-1 is deposited on the active layer at 3000 rpm for 30 s to afford a cathode buffer layer. The Au seed layer and ultrathin Ag rear electrode are evaporated via a thermal evaporator through a shadow mask with a rate of s-1 and s-1 under 10-4 Torr, which defines the active cell area of 0.04 cm2 through an optical microscope. The mask aperture area is 0.0324 cm2. The FPOC structure is grown by vacuum thermal evaporation at  s-1 for TeO2.

[0102] One or more embodiments provide examples for device characterizations. Device performance is measured in a glove box. To improve the accuracy of measurement, the J-V curves of all devices are measured by masking the active area with a metal mask of 0.0324 cm2. The J-V curves of devices are determined under AM 1.5G illumination (100 mW cm-2) using a computer-controlled Keithley 2400 source measurement unit and a calibrated solar simulator (SS-X, Enli Technology Co. Ltd) , and no applied bias or light soaking process is applied before J-V measurement. A standard Si secondary reference cell cover with a KG-5 filter is utilized to calibrate the illumination intensity (100 mW cm-2) . All the J-V curves reported herein according to one or more embodiments are tested by sweeping the J-V measurement from the forward direction (from short-circuit to open-circuit) with a step of 0.02 V. The delay time is set to zero. External quantum efficiency (EQE) and reflection spectra are measured by using a Solar Cell Spectral Response Measurement System QE-R3011 (Enlitech) . The thickness is measured from a Bruker DektakXT Surface Profiler. The absorption and transmission spectra are measured using a UV-vis spectrometer (Persee, TU-1810) .

[0103] One or more embodiments provide examples for optical simulation. Optical modelling with the transfer matrix method is employed to calculate the transmittance, optical electric field intensity, and exciton generation rate distribution in devices. All the simulations of optical properties and exciton generation are based on the assumptions of planar interfaces and isotropy for the layers within the devices. The optical properties of each layer are represented by the indexes of refraction (n+ik) , measured using a variable angle spectroscopic ellipsometer (WVASE32, J. A. Woollam, VB400) . To calculate the exciton generation rate, theoretical maximum photocurrent density and loss portion in the simulated JSC, 100%internal quantum efficiency (IQE) , and the AM1.5 intensity spectrum (ASTM G173–03) are assumed. The generation of excitons in the active layer is described by considering the following parameters: the modulus squared of the electric field obtained from TMM, the AM1.5G spectrum, the real part of the refractive index (n) , and the absorption coefficient (α) , which is associated to the imaginary part (k) of the refractive index by α =4πk / λ and the factor cε0 / 2, where c is the speed of light in vacuum and ε0 the permittivity of free space.

[0104] One or more embodiments provide calculation formula for thermal insulation. The total solar energy rejection (T-SER) and NIR solar energy rejection (NIR-SER) have been defined to quantify the solar energy rejection of commonly used tinted window films as below: where T (λ) , R (λ) , A (λ) , and PAM 1.5G (λ) represent the transmittance, reflectance, absorbance  of the film, and the PAM 1.5G photon flux solar power density spectrum (ASTM G173-03) at specific wavelengths respectively.

[0105] T-SER provides a comprehensive understanding of a device's ability to reduce heat gain from the sun. NIR radiation is a major contributor to solar heat gain. High NIR-SER can significantly reduce the heat entering a building while allowing visible light to pass through, maintaining a well-lit environment. The longer wavelength of infrared light allows it to interact more strongly with molecules, causing them to vibrate and generate heat. This is known as the infrared radiation effect, where longer wavelengths can produce more heat than shorter wavelengths.

[0106] Both T-SER and NIR-SER are important metrics for evaluating the performance of thermal insulation for ST-OPVs. While T-SER provides a comprehensive measure of an ST-OPV's overall ability to block solar heat, NIR-SER focuses on the critical NIR region, which is a major contributor to thermal load. Balancing these metrics helps optimize both energy efficiency and occupant comfort in various applications for ST-OPVs.

[0107] One or more embodiments relate to optical properties. The AVT value is determined by calculating the average value of transmittance of the transparent device in the visible light wavelength range (380 nm -780 nm) based on the photonic response of the human eye. The AVT value of ST-OPVs can be calculated according to the following equation: where T (λ) is the transmission spectrum of ST-OPVs, and P (λ) is the photopic response of  the human eye,

[0108] AM1.5G (λ) is photon flux under AM 1.5G light illumination conditions. The CIE 1931 chromaticity diagram, as designed for human eye perception, can be used to evaluate the color property of illuminants. The color coordinate (x, y, z) of ST-OPVs can be calculated according to the corresponding transmitted light. The sum of color coordinates (x, y, z) is equal to 1, and the color coordinates can be simplified to two-dimensional coordinates (x, y) . Standard daylight illuminant AM 1.5G (0.3202, 0.3324) and D65 (0.3128, 0.3290) are commonly chosen as reference light sources for evaluating the color properties of ST-OPVs. The color coordinates of neutral color ST-OPVs are close to (0.3333, 0.3333) or that of illuminant AM 1.5G and D65, which are generally preferred for solar window applications. The CRI is another important parameter to evaluate the performance of ST-OPVs. The value of CRI can be obtained by comparing the color rendering of a reference light source to that of a test light source, which can quantitatively exhibit the ability of a test light source to reveal the color of an object compared with a reference or natural light source. The CRI value is defined as the value from 0 to 100, a higher CRI represents better color rendering ability and a higher neutral color degree. For the ST-OPVs, the CRI can be evaluated according to the matching degree between the transmitted light from the devices and the illumination light.

[0109] The CIELAB coordinate is a color representation model defined by the International Commission on Illumination (CIE) in 1976. It aims to provide a perceptually uniform color space, meaning that the same amount of numerical change in these values corresponds to roughly the same amount of visually perceived change. The CIELAB coordinate (L*, a*, b*) is composed of three coordinates: L* (lightness) , a* (green to red) , and b* (blue to yellow) . L*represents the lightness of the color from 0 to 100, where 0 indicates black, and 100 indicates diffuse white. a*represents the position between green and red, where negative values indicate green and positive values indicate red. b*represents the position between blue and yellow, where negative values indicate blue and positive values indicate yellow.

[0110] CIELAB coordinates are calculated from the XYZ color space values, which are based on a nonlinear relationship between the tristimulus values (XYZ) and human color perception. It is widely used in industries where accurate color differentiation and uniformity are crucial for ST-OPV’s applications.

[0111] One or more embodiments provide devices stability measurement. Devices stability studies are conducted according to the ISOS-L-1 protocol. ST-OPVs are encapsulated in a nitrogen glovebox using a cover glass and UV-curable epoxy. For ISOS-L-1, the encapsulated device is placed in a glove box at 25℃ under light-emitting diode (LED) light conditions. The LED lamp spectrum is measured by a calibrated Ocean Optics spectral radiometer. The open-circuit device is placed on a glass plate, and a fan works continuously to keep the device temperature constant.

[0112] One or more embodiments present results and discussion of example experiments, including the properties, performance, characterizations, etc. of ST-OPVs. The photovoltaic performance of ST-OPVs is affected by active layer material and transparent electrodes. In one or more embodiments, a ternary active layer, namely PM6: BTP-eC9: L8-BO (see FIG. 5) with a relatively low donor ratio of 0.8: 1: 0.2 is used to explore the balance between PCE and AVT of ST-OPVs. Bare thin Ag film below 10 nm has inferior optical and electrical properties due to the strong surface plasmon resonance effect of isolated Ag islands. Ultrathin Au as a seed layer for the transparent electrode can be utilized to improve the transmittance and photovoltaic performance of ST-OPVs, simultaneously. The 0.8 / 7-nm Au / Ag film presents a slightly higher transmittance and reduced resistance by an order of magnitude compared to the bare 7-nm Ag film (see FIG. 6) . To investigate the effect of 0.8-nm Au as the seed layer, the photovoltaic performance of ST-OPVs is explored with an architecture of ITO / PEDOT: PSS / PM6: BTP-eC9: L8-BO (0.8: 1: 0.2, 110 nm)  / PDINN / Au / Ag. As a result, ST-OPVs with Au / Ag hybrid transparent electrode exhibits a high LUE of 3.50%along with enhanced JSC of 17.57 mA cm-2, VOC of 0.853 V, FF of 76.52%, PCE of 11.47%and AVT of 30.52%, which is significantly better than the counterpart one with a LUE of 2.86%as listed in FIG. 7.

[0113] To further reveal the photovoltaic performance of ST-OPVs, different thicknesses of the active layer are fabricated between 65 nm to 110 nm. The relative J-V curves, EQE curves, and transmittance spectra (380 nm -780 nm) for devices are shown in FIG. 8. With the decreasing thickness from 110 nm to 65 nm, the JSCs of ST-OPVs are sequentially decreased from 17.57 mA cm-2 to 13.69 mA cm-2, while the AVT values are gradually increased from 30.52%to 41.78% (see FIG. 9) . The VOC and FF values exhibited negligible experimental fluctuations at 0.85 V and 75%. Consequently, a champion LUE of 3.82%is achieved for 75-nm ST-OPVs, along with a PCE of 9.81%, an AVT of 38.91%, and a CRI of 81.21. It is worth noting that the transmittance curves of devices are not increased uniformly with the decreasing thickness of the active layer, which is attributed to the interference effect of multilayer films. Further decreasing the active layer’s thickness will not increase the CRI of device (see FIG. 9) .

[0114] One or more embodiments investigates the thermal insulation performance of ST-OPVs. The total solar energy rejection (T-SER, λ = 300-2500 nm) and NIR solar energy rejection (NIR-SER, λ = 780-2500 nm) are measured as shown in the subfigure (d) of FIG. 8. The T-SER values are reduced from 71.23%to 66.05%with the decreasing active layer’s thickness, while the NIR-SER values remain at around 75% (see FIG. 9) . Considering the dual function of ST-OPV with power generation and thermal insulation capabilities, one or more embodiments define the total solar energy rejected dual-functional efficiency (T-DFE) and the NIR solar energy rejected dual-function efficiency (NIR-DFE) of ST-OPVs as follows: T-DFE = LUE × T-SER NIR-DFE = LUE × NIR-SER

[0115] The highest T-DFE and NIR-DFE values are 2.57%and 2.89%for 75-nm ST-OPVs, respectively. The CIE 1931 coordinates (x, y) are one key factor in evaluating the optical performance of ST-OPVs. Compared to the AM1.5G coordinates (0.3202, 0.3324) , the CIE 1931 coordinates of the ST-OPVs are shifted from (0.2687, 0.2876) to (0.2898, 0.3017) with the decreasing thickness of active layer (65-110 nm, see FIG. 9 and FIG. 10) . The variation tendencies of electrical and optical parameters for ST-OPVs are further verified by an optical simulation with the transfer matrix method (TMM) . The complex refractive indexes of each composite layer are measured by spectroscopic ellipsometry as listed in FIG. 11. The AVT values of the experimental and simulated ST-OPVs are almost consistent (see subfigure (a) of FIG. 12) . In these embodiments, the simulated internal quantum efficiency (IQE) is assumed at 100%. The simulated JSC values of ST-OPVs also exhibit a similar trend compared with the experimental ones as shown in the subfigure (b) of FIG. 12. As shown in FIG. 13, the relationship between the LUE and the active layer’s thickness (0-200 nm) and Ag (7-20 nm) is further simulated, with the assumptions of an open circuit voltage at 0.855 V and an fill factor (FF) value of 80%. The results show that the LUE value declines as the thickness of Ag increases, reaching a maximum value of 4%when the active layer’s thickness is at 60-70 nm.

[0116] For transparent devices, CRI is a metric that takes into account the accuracy of a color rendered under lighting conditions to that of natural light. According to one or more embodiments, the CRI values of Au / Ag-based ST-OPVs are around 75 (see FIG. 9) , which is considerably higher in comparison with other reported transparent photovoltaic cells, such as hydrogenated amorphous silicon, crystalline silicon, dye-sensitized, and perovskite solar cells. The transmittance of ST-OPVs is mainly affected by the spectral distribution of the active layer and transparent electrode. As shown in the subfigure (a) of FIG. 14, a transmission peak at 400-500 nm and a transmission valley at 500-700 nm occur within the visible region. The CRI value for neutral-color ST-OPVs should be as near to 100 as possible for power window applications. To achieve a uniform transmittance distribution in the visible region, FPOC as the optical modulation of ST-OPVs is designed by eliminating the transmission peak and valley. The schematic description of an FPOC’s structure shows two coupled resonators in subfigure (b) of FIG. 14, where resonator 1 is the top three layers consisting of metal, lossless dielectric, and metal, and resonator 2 is layers 4-5 consisting of metal, lossless dielectric. Ag and TeO2 are used as the metal and dielectric layer materials, respectively. The simulated transmittance spectra of Ag (7 nm)  / TeO2 (0-500 nm, Np = 1) in the visible region are shown in subfigure (c) of FIG. 14. When TeO2’s thickness is below 180 nm, the derivative of Ag (7 nm)  / TeO2 has only a single transmission peak in the visible region. For example, when the thickness of TeO2 is 50 nm (see FIG. 15) , the wavelength of the resonant passband is about 696 nm due to the phase shift that results from reflection at the metal-dielectric interface, allowing resonance within dielectric thickness. When the TeO2 thickness is thicker than 180 nm, the visible area exhibits two or more transmission peaks. And transmission peak with lower transmittance in the near-infrared region occurs as shown in the subfigure (d) of FIG. 14. While Np is 2 as shown in the subfigure (e) of FIG. 14, the simulated transmittance spectrum of Ag (7 nm)  / TeO2 (50 nm)  / Ag (7 nm)  / TeO2 (50 nm) exhibits two adjacent transmission peaks in the visible region and high reflection from 1200 to 2500 nm, implying its excellent thermal insulation. As the modes of resonator 1 and resonator 2 are coupled, the single cavity mode is split into two distinct characteristic modes at 410 and 674 nm, respectively, corresponding to metal-dielectric resonator 1 and metal-dielectric-metal resonator 2. The two resonators of FPOC share an inner Ag layer that determines their coupling strength. Due to the dispersion of the inner Ag layer, the resonant transmission peaks have different peak magnitudes. As the thickness of Ag increases (7-21 nm, see subfigure (b) of FIG. 15) , the transmittance decreases in the whole region (400-2500 nm) and a narrower bandwidth of resonant transmission peak occurs. The thickness of the optical dielectric layers (TeO2) in the resonant cavity also affects the position and magnitude of two resonant transmission peaks as shown in FIG. 14, implying the flexible regulation of transmittance distribution for Ag / TeO2 / Ag / TeO2-integrated ST-OPVs. Angle dependence of transparent devices is also a crucial parameter in real-world applications. The transmittance distributions of optimized FPOC under different incident angles are simulated as shown in the subfigure (f) of FIG. 14. The results present a nearly constant for mean-polarization incident angles from 0 to 60 degrees. The wide angle insensitivity of FPOC is attributed to the insensible reflected phase shift, which is a mutual offset between the reflection in the cavity and the propagation caused by the incident angle change. The results indicated that FPOC with Ag / TeO2 / Ag / TeO2 structure can be ideally integrated for ST-OPVs to achieve excellent color tunability, thermal insulation, and insensitive incident angle dependence below 60 degrees.

[0117] According to one or more embodiments, to explore the influence of inner Ag’s thickness for FPOC-integrated ST-OPVs, the derived devices are fabricated with an architecture of glass / ITO / PEDOT: PSS / PM6: BTP-eC9: L8-BO (75 nm)  / PDINN / Au (0.8 nm)  / Ag (7nm)  / TeO2 / Ag (7-21 nm)  / TeO2. To achieve a CRI close to 100, the thickness of TeO2 layers for FPOC-integrated ST-OPVs is simulated with different inner Ag’s thicknesses (11-21 nm) through Macleod film design software. The detailed simulated optical parameters are summarized in FIG. 16. The simulated results present that the AVT of devices exhibit a decline from 49.12%to 39.97%along with the increasing Ag thickness (subfigure (a) of FIG. 17 and FIG. 16) , while the CRI values present a fluctuating variation at around 95. The corresponding FPOC-integrated ST-OPVs are fabricated equivalently.

[0118] The optical and photovoltaic characteristics of fabricated devices are shown in subfigure (b) of FIG. 17. The experimental results show a consistent trend as the simulated ones (see subfigure (c) of FIG. 17) . As the thickness of Ag in the resonant cavity increases, the transmittance of FPOC-integrated ST-OPV decreases in the whole visible and NIR regions, resulting in higher JSC, T-SER, and NIR-SER but lower AVT (see subfigure (c) of FIG. 17) . Considering the photovoltaic and thermal insulation performance, LUE, T-DFE, and NIR-DFE values are proposed as the appropriate figures of merit to evaluate the neutral-color FPOC-integrated ST-OPVs. When the inner Ag is 17 nm, the highest LUE, T-DFE, and NIR-DFE values of device were obtained at 3.64%, 2.78%, and 3.30%, respectively (see FIG. 18) . Furthermore, the FPOC-integrated ST-OPVs are optimized with different active layers’ thicknesses where the inner Ag is set at 17 nm. An antireflection coating (ARC, see subfigure (a) of FIG. 19) is utilized with a configuration of (LiF / TeO2) The simulated optical dielectric parameters for neutral-color ST-OPVs are summarized as listed in FIG. 20 and FIG. 21. The thickness of the top TeO2 layer is decreased along with the reduced thickness of the active layer. The photovoltaic performance and optical properties of corresponding ST-OPVs are tested as shown in FIG. 22. With decreasing active layer thickness, the transmittance of derived ST-OPV increases significantly and remains uniform transmission in the visible region, resulting in improved AVT and reduced T-SER value (see FIG. 23) . The CRI values of FPOC-integrated ST-OPVs are all above 96, implying the effective tunability of FPOC for neutral-color ST-OPVs. The detailed data of FPOC-integrated ST-OPVs with different active layers (65-110 nm) are summarized in FIG. 23. The EQE + T + R of corresponding ST-OPVs are also measured to validate the accurate and reliable data as shown in FIG. 24, and all the values are below 100%.

[0119] According to one or more embodiments, to intuitively reveal the effect of FPOC on ST-OPVs, the photovoltaic performance of 75-nm devices without and with FPOC are listed in the subfigure (b) of FIG. 19. The 75-nm FPOC integrated ST-OPV exhibit the highest LUE of 3.90%with a decent PCE of 9.03%, a high AVT of 43.15%, and a CRI of 97.31 with a CIELAB coordinate (L*, a*, b*) of (71.7, -2.45, 0.48) . Compared to the Au / Ag-based counterpart, FPOC-integrated ST-OPV (75 nm) show a comprehensive performance enhancement except for the slightly decreasing PCE, which is attributed to the decreasing JSC. The EQE results indicate that FPOC-integrated ST-OPV shows a decreased EQE response in the visible region, while an increased response in the near-infrared region, compared to the Au / Ag-based counterpart (see subfigure (c) of FIG. 19) . The variation tendency of JSC is further verified through the simulation of the exciton generation rate for ST-OPVs with and without FPOC (see subfigure (d) of FIG. 19) . The integration of FPOC can effectively eliminate the peaks and valleys of the transmittance spectra, resulting in a uniform distribution in the visible region (see subfigure (e) of FIG. 19 and subfigure (c) of FIG. 22) . Compared to the Au / Ag-based counterpart, the CIE 1931 coordinates of FPOC-integrated ST-OPVs are closer to that of AM1.5G (see subfigure (f) of FIG. 19 and subfigure (d) of FIG. 22) . The FPOC-integrated ST-OPVs exhibits a higher NIR solar energy rejection than the Au / Ag-based counterpart due to the enhanced reflection (see subfigure (g) of FIG. 19 and FIG. 25) . The T-SER and NIR-SER values of 75-nm FPOC integrated ST-OPV are 75.00%and 89.11%, respectively, corresponding to T-DFE of up to 2.92%and NIR-DFE of 3.47%. An enhancement of over 20%in NIR-DFE is achieved compared to that of Au / Ag-based counterpart (see FIG. 26) , implying its superior thermal insulation of FPOC-integrated ST-OPVs. Besides, the 65-nm FPOC integrated ST-OPV exhibit the highest CRI of 99.23%with a CIELAB coordinate of (72.9, -0.28, -0.08) , which is the best result for semitransparent devices reported in the literature to date (see subfigure (h) of FIG. 19 and also Table 1 below) .

[0120] Table 1: Summary of the reported LUE and CRI of ST-OPVs.

[0121] In Table 1, the rightmost column indicates the work done by others as listed below and “This work” refers to the results according to one or more embodiments of the present disclosure. [6] K. -S. Chen, J. -F. Salinas, H. -L. Yip, L. Huo, J. Hou, A.K.Y. Jen, Energy Environ. Sci.  2012, 5, 9551. [7] J. Czolk, A. Puetz, D. Kutsarov, M. Reinhard, U. Lemmer, A. Colsmann, Adv. Energy  Mater. 2013, 3, 386. [8] C. -Y. Chang, L. Zuo, H. -L. Yip, C. -Z. Li, Y. Li, C. -S. Hsu, Y. -J. Cheng, H. Chen, A. K. -Y. Jen, Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1301645. [9] W. Yu, X. Jia, Y. Long, L. Shen, Y. Liu, W. Guo, S. Ruan, ACS Appl. Mater. Interfaces  2015, 7, 9920.

[0010] W. Yu, X. Jia, M. Yao, L. Zhu, Y. Long, L. Shen, Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17,  23732.

[0011] Y. Li, J.D. Lin, X. Che, Y. Qu, F. Liu, L.S. Liao, S.R. Forrest, J. Am. Chem. Soc.  2017, 139, 17114.

[0012] F. Liu, Z. Zhou, C. Zhang, J. Zhang, Q. Hu, T. Vergote, F. Liu, T.P. Russell, X. Zhu,  Adv. Mater. 2017, 29, 1606574.

[0013] H. Shi, R. Xia, C. Sun, J. Xiao, Z. Wu, F. Huang, H. -L. Yip, Y. Cao, Adv. Energy  Mater. 2017, 7, 1701121.

[0014] M.B. Upama, M. Wright, N.K. Elumalai, M.A. Mahmud, D. Wang, K. H. Chan, C.  Xu, F. Haque, A. Uddin, Current Applied Physics 2017, 17, 298.

[0015] M.B. Upama, M. Wright, N.K. Elumalai, M.A. Mahmud, D. Wang, C. Xu, A. Uddin,  ACS Photonics 2017, 4, 2327.

[0016] W. Wang, C. Yan, T.K. Lau, J. Wang, K. Liu, Y. Fan, X. Lu, X. Zhan, Adv. Mater.  2017, 29, 1701308.

[0017] Y.Q. Wong, H. -F. Meng, H.Y. Wong, C.S. Tan, C. -Y. Wu, P. -T. Tsai, C. -Y. Chang,  S. -F. Horng, H. -W. Zan, Organic Electronics 2017, 43, 196.

[0018] G. Xu, L. Shen, C. Cui, S. Wen, R. Xue, W. Chen, H. Chen, J. Zhang, H. Li, Y. Li, Y.  Li, Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1605908.

[0019] B. Dudem, J. W. Jung, J.S. Yu, J. Mater. Chem. A 2018, 6, 14769.

[0020] B. Jia, S. Dai, Z. Ke, C. Yan, W. Ma, X. Zhan, Chem. Mater. 2018, 30, 239.

[0021] P. Shen, G. Wang, B. Kang, W. Guo, L. Shen, ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10,  6513.

[0022] C. Sun, R. Xia, H. Shi, H. Yao, X. Liu, J. Hou, F. Huang, H. -L. Yip, Y. Cao, Joule  2018, 2, 1816.

[0023] J. Wang, J. Zhang, Y. Xiao, T. Xiao, R. Zhu, C. Yan, Y. Fu, G. Lu, X. Lu, S. R. Marder,  X. Zhan, J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 9140.

[0024] D. Yang, T. Sano, H. Sasabe, L. Yang, S. Ohisa, Y. Chen, Y. Huang, J. Kido, ACS Appl.  Mater. Interfaces 2018, 10, 26465.

[0025] J. Chen, G. Li, Q. Zhu, X. Guo, Q. Fan, W. Ma, M. Zhang, J. Mater. Chem. A 2019, 7,  3745.

[0026] L. Duan, H. Yi, Z. Wang, Y. Zhang, F. Haque, B. Sang, R. Deng, A. Uddin, Sustainable  Energy &Fuels 2019, 3, 2456.

[0027] Y. Li, C. Ji, Y. Qu, X. Huang, S. Hou, C. Z. Li, L. S. Liao, L.J. Guo, S.R. Forrest, Adv.  Mater. 2019, 31, e1903173.

[0028] T. Sano, S. Inaba, V. Vohra, ACS Appl. Energy Mater. 2019, 2, 2534.

[0029] Y. Wu, H. Yang, Y. Zou, Y. Dong, J. Yuan, C. Cui, Y. Li, Energy Environ. Sci. 2019,  12, 675.

[0030] Y. Xie, R. Xia, T. Li, L. Ye, X. Zhan, H.L. Yip, Y. Sun, Small Methods 2019, 3,  1900424.

[0031] J. Zhang, G. Xu, F. Tao, G. Zeng, M. Zhang, Y.M. Yang, Y. Li, Y. Li, Adv. Mater.  2019, 31, 1807159.

[0032] B. H. Jiang, H.E. Lee, J.H. Lu, T.H. Tsai, T.S. Shieh, R.J. Jeng, C.P. Chen, ACS  Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 39496.

[0033] S. Kim, E. Lee, Y. Lee, J. Kim, B. Park, S. -Y. Jang, S. Jeong, J. Oh, M.S. Lee, H. Kang,  K. Lee, ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 26232.

[0034] Y. Li, X. Guo, Z. Peng, B. Qu, H. Yan, H. Ade, M. Zhang, S.R. Forrest, Proceedings of  the National Academy of Sciences of the United States of America 2020, 117, 21147.

[0035] Y. Song, K. Zhang, S. Dong, R. Xia, F. Huang, Y. Cao, ACS Appl Mater Interfaces  2020, 12, 18473.

[0036] Y. Xiong, R.E. Booth, T. Kim, L. Ye, Y. Liu, Q. Dong, M. Zhang, F. So, Y. Zhu, A.  Amassian, B. T. O'Connor, H. Ade, Solar RRL 2020, 4, 2000328.

[0037] Y. Chang, X. Zhu, L. Zhu, Y. Wang, C. Yang, X. Gu, Y. Zhang, J. Zhang, K. Lu, X.  Sun, Z. Wei, Nano Energy 2021, 86, 106098.

[0038] X. Huang, J. Oh, Y. Cheng, B. Huang, S. Ding, Q. He, F. Wu, C. Yang, L. Chen, Y.  Chen, J. Mater. Chem. A 2021, 9, 5711.

[0039] X. Huang, L. Zhang, Y. Cheng, J. Oh, C. Li, B. Huang, L. Zhao, J. Deng, Y. Zhang, Z.  Liu, F. Wu, X. Hu, C. Yang, L. Chen, Y. Chen, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2108634.

[0040] H.I. Jeong, S. Biswas, S.C. Yoon, S. -J. Ko, H. Kim, H. Choi, Adv. Energy Mater. 2021,  11, 2102397.

[0041] Y. Li, C. He, L. Zuo, F. Zhao, L. Zhan, X. Li, R. Xia, H.L. Yip, C.Z. Li, X. Liu, H.  Chen, Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2003408.

[0042] W. Liu, S. Sun, L. Zhou, Y. Cui, W. Zhang, J. Hou, F. Liu, S. Xu, X. Zhu, Angew.  Chem. Int. Ed. Engl. 2022, 61, e202116111.

[0043] X. Liu, Y. Zhao, J. Yu, R. Zhu, Mater. Chem. Front. 2021, 5, 8197.

[0044] H. -C. Wang, P. Cheng, S. Tan, C. -H. Chen, B. Chang, C. -S. Tsao, L. -Y. Chen, C. -A.  Hsieh, Y. -C. Lin, H. -W. Cheng, Y. Yang, K. -H. Wei, Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2003576.

[0045] Y. Zhang, D. Luo, C. Shan, Q. Liu, X. Gu, W. Li, W.C.H. Choy, A.K.K. Kyaw, Solar  RRL 2022, 6, 2100785.

[0046] Y. Bai, F. Han, R. Shi, F. Wang, S. Jiang, J. Wang, Z. a. Tan, Solar RRL 2022, 6,  2200174.

[0047] S.J. Jeon, N.G. Yang, Y.H. Kim, J.H. Yun, D.K. Moon, ACS Appl Mater Interfaces  2022, 14, 38031.

[0048] X. Liu, Z. Zhong, R. Zhu, J. Yu, G. Li, Joule 2022, 6, 1918.

[0049] D. Wang, Y. Li, G. Zhou, E. Gu, R. Xia, B. Yan, J. Yao, H. Zhu, X. Lu, H. -L. Yip, H.  Chen, C. -Z. Li, Energy Environ. Sci. 2022, 15, 2629.

[0050] Q. Wei, Y. Zhang, T. Shan, H. Zhong, Journal of Materials Chemistry C 2022, 10,  5887.

[0051] D. Yang, R. Zhang, Y. Shi, X. Guo, M. Zhang, Journal of Materials Chemistry C 2022,  10, 14597.

[0052] X. Yuan, R. Sun, Y. Wu, T. Wang, Y. Wang, W. Wang, Y. Yu, J. Guo, Q. Wu, J. Min,  Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2200107.

[0122] The T-SER and NIR-SER values of 65-nm FPOC integrated ST-OPV are maintained at 73.86 and 88.68%, respectively, which is mainly determined by the optical properties of FPOC. To reveal the difference in human color perception for AM1.5G, Au / Ag-based ST-OPV (75 nm) , and FPOC-integrated ones (75 and 65 nm) , the CIELAB color spaces are depicted in FIG. 27. As shown in the subfigure (i) of FIG. 19, scaled-up ST-OPVs (20 mm × 20 mm) with and without FPOC are also fabricated to explore the visibility and color-rendering capacity. Visually, the FPOC-integrated ST-OPVs can rival the quality of glass as windows, where colourful balls serve as the background. The 100-mm2 FPOC integrated ST-OPV exhibit an inferior PCE of 8.46%owing to the increased sheet resistance (FIG. 28) . The results demonstrate the flexibility of Ag / TeO2 / Ag / TeO2-based FPOC for neutral-color ST-OPVs with CRI approaching 100. Meanwhile, the photovoltaic performance (LUE and AVT) and thermal insulation properties (T-SER and NIR-SER) of ST-OPVs can be simultaneously improved by integrating FPOC.

[0123] In one or more embodiments, device stability is conducted for ST-OPVs with and without FPOC according to the ISOS-L-1 protocols. Continuous LED light with a light intensity of 274600 lux is used as a stable light source and equivalent to AM1.5G illumination (FIG. 29) . The degradation of ST-OPVs is rapid under the ISOS-L-1 protocol, which could be owing to the intrinsically unstable morphology of organic active layer under illumination. FPOC-integrated and Au / Ag-based ST-OPVs remained at 55%and 30%of their initial PCE after 400-h illumination, respectively. The results indicate the effective protection of FPOC as a buffer layer in the encapsulation for ST-OPVs.

[0124] According to one or more embodiments, to intuitively investigate their thermal insulation performance, an actual scene is set up that a black object is illuminated through air, glass, Au / Ag-based ST-OPV, and FPOC-integrated ST-OPV as a window, respectively (see FIG. 30) . The temperature changes of the windows and black objects are recorded by an IR camera. After 5-min xenon lamp illumination, the ambient temperature was 66.29 °F (see subfigure (B) of FIG. 30) , and the temperature of the black object reached 105.02, 96.55, 88.03, and 84.82 °F through air, glass, Au / Ag-based ST-OPV, and FPOC-integrated ST-OPV as a window, respectively. NIR light can produce more heat than visible light because the longer wavelength of NIR light with lower frequency allows it to interact more strongly with molecules and penetrate deeper, causing them to vibrate and generate heat. FPOC-integrated ST-OPV has the highest NIR-SER of 89.11%in these windows, resulting in the lowest temperature of the black object after 5-min xenon lamp illumination. Similarly, the temperature of FPOC-integrated ST-OPV (74.75 °F) is also lower than that of glass (85.53 °F) or Au / Ag-based ST-OPV (78.70 °F) owing to the higher NIR-SER of FPOC-integrated ST-OPV. By adopting Wheeler’s estimation, considering the photovoltaic performance of 9%PCE and thermal insulation, it is estimated that the FPOC-integrated ST-OPV can reach about 40%energy use reduction. These experimental results demonstrate that FPOC-integrated ST-OPV can significantly reduce the solar heat flux and has great potential to be applied as a window for power generation and thermal insulation in BIPVs or car windows, providing new ideas for future energy harvesting methods.

[0125] According to one or more embodiments, to investigate the angle sensitivity of FPOC-integrated ST-OPVs, the mean-polarization transmittance spectra of the FPOC-integrated ST-OPVs at different incidence angles θinc are shown in subfigure (a) of FIG. 31. The transmission spectrum should be almost unchanged theoretically if the cumulative propagation phase shift through the proposed structure remains constant as the angle of incidence varies. As a result, FPOC-integrated ST-OPVs exhibit excellent angle independence up to ±60° (see subfigure (b) of FIG. 31 and FIG. 32) . More specifically, when the angle of incident light varies from 0° to 60°, the CIE color spaces of devices are located between (0.3287, 0.3467) and (0.3307, 0.3542) , indicating that the position is nearly constant. The AVT and CRI values of devices under different angles of incident light are kept around 43%and 97, respectively (see FIG. 33) . To demonstrate the angle-insensitive optical characteristics of FPOC-integrated ST-OPVs, it is placed in front of colourful toy balls as shown in Figure 5C. The FPOC-integrated ST-OPVs appear highly transparent and neutral color when θinc is from 0° to 60° (subfigures (d) and (e) of FIG. 31) . The outstanding angle insensitivity (±60°) of FPOC-integrated ST-OPVs greatly accelerates its commercialization for BIPVs.

[0126] One or more embodiments provide a novel visible dual-bandpass FPOC of Ag (7nm)  / TeO2 / Ag (17 nm)  / TeO2 with excellent neutral-color tunability and thermal insulation was designed for ST-OPVs. The champion 65-nm FPOC-integrated ST-OPVs demonstrate the highest CRI of 99.23 with a CIELAB coordinate of (72.9, -0.28, -0.08) , which is the highest reported value for ST-OPVs to the best knowledge of the present inventors. The 75-nm FPOC-integrated ST-OPV achieves excellent overall performance -a champion LUE of 3.90%with an AVT of 43.15%, a high CRI of 97.31, and an excellent NIR-SER of about 90%simultaneously. Due to the flexibility of Ag / TeO2 / Ag / TeO2-based FPOC, all of the ST-OPVs with different active layer thicknesses according to one or more embodiments can realize near-ideal neutral color, where the CIE 1931 color coordinates are close to AM1.5G. Besides, FPOC-integrated ST-OPVs exhibit superior thermal insulation properties, where the highest T-DFE and NIR-DFE values of 2.92%and 3.47%are obtained. Meanwhile, FPOC-integrated ST-OPVs possess adequate angular insensitivity up to ±60° and still maintain a neutral color. The results according to one or more embodiments demonstrate the flexibility and multifunctionality of Ag / TeO2 / Ag / TeO2-based FPOC for constructing neutral-color, heat-insulated, and angular-insensitive ST-OPVs with high performance, thereby significantly promoting its future commercial applications.

[0127] It will further be appreciated that any of the features in the above embodiments of the disclosure may be combined together and are not necessarily applied in isolation from each other. Similar combinations of two or more features from the above described embodiments or preferred forms of the disclosure can be readily made by one skilled in the art.

[0128] Unless otherwise defined, the technical and scientific terms used herein have the plain meanings as commonly understood by those skill in the art to which the example embodiments pertain. It will be appreciated by persons skilled in the art that numerous variations and / or modifications may be made to the above-described embodiments, without departing from the broad general scope of the present disclosure. The present embodiments are, therefore, to be considered in all respects as illustrative and not restrictive.

Claims

1.A Fabry-Perot resonant optical coating (FPOC) structure, comprising:a first resonator; anda second resonator coupled to the first resonator,wherein the first resonator and the second resonator share a common metal layer.2.The FPOC structure of claim 1, wherein the first resonator comprises a first metal layer, a first dielectric layer, and the common metal layer, and wherein the second resonator comprises the common metal layer and a second dielectric layer.3.The FPOC structure of claim 2, wherein both the first metal layer and the common metal layer comprise silver (Ag) , and both the first dielectric layer and the second dielectric layer comprise tellurium dioxide (TeO2) .4.The FPOC structure of claim 3, wherein the first metal layer has a thickness in a range from 7 nm to 21 nm, and the common metal layer has a thickness in a range from 7 nm to 21 nm.5.A semitransparent organic photovoltaic (ST-OPV) device, comprising:an anode assembly;a cathode assembly; andan active layer sandwiched between the anode assembly and the cathode assembly,wherein the cathode assembly comprises a Fabry-Perot resonant optical coating (FPOC) structure that comprises:a first metal layer,a first dielectric layer disposed on the first metal layer;a common metal layer disposed on the first dielectric layer; anda second dielectric layer disposed on the common metal layer.6.The ST-OPV device of claim 5, wherein both the first metal layer and the common metal layer comprise silver (Ag) , and both the first dielectric layer and the second dielectric layer comprise tellurium dioxide (TeO2) .7.The ST-OPV device of claim 5 or 6, wherein the first metal layer has a thickness in a range from 7 nm to 21 nm, and the common metal layer has a thickness in a range from 7 nm to 21 nm.8.The ST-OPV device of any one of claims 5 to 7, wherein the cathode assembly comprise a buffer layer disposed on the active layer.9.The ST-OPV device of claim 8, wherein the buffer layer comprises N, N'-Bis [3- (dimethylamino) propyl] perylene-3, 4, 9, 10-tetracarboxylic diimide (PDINN) , Poly [ (9, 9-bis (3'- ( (N, N-dimethyl) -N-ethylammonium) -propyl) -2, 7-fluorene) -alt-2, 7- (9, 9-dioctylfluorene) ] dibromide (PFN-Br) , or zinc oxide nanoparticles.10.The ST-OPV device of claim 8 or 9, wherein the cathode assembly comprises a seed layer sandwiched between the buffer layer and the first metal layer.11.The ST-OPV device of claim 10, wherein the seed layer comprises gold (Au) .12.The ST-OPV device of claim 10 or 11, wherein the seed layer has a thickness in a range from 0.5 nm to 2 nm, preferably less than 1 nm.13.The ST-OPV device of any one of claims 5 to 12, wherein the active layer comprises a combination of PM6, BTP-eC9, and L8-BO.14.The ST-OPV device of claim 13, wherein a weight ratio of PM6, BTP-eC9, and L8-BO is 0.8: 1: 0.2.15.The ST-OPV device of any one of claims 5 to 14, wherein the anode assembly comprises:an antireflection coating (ARC) layer;an indium tin oxide (ITO) -coated glass disposed on the ARC layer; anda Poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) : Polystyrenesulfonate (PEDOT: PSS) layer sandwiched between the ITO-coated glass and the active layer.16.A method for making the ST-OPV device of claim 5, the method comprising:forming the anode assembly;forming the active layer on the anode assembly; andforming the cathode assembly on the active layer.17.The method of claim 16, wherein forming the cathode assembly comprises growing the FPOC structure by vacuum thermal evaporation.18.The method of claim 16 or 17, further comprising forming a buffer layer on the active layer.19.The method of claim 18, wherein forming the buffer layer comprising depositing a methanol solution of N, N'-Bis [3- (dimethylamino) propyl] perylene-3, 4, 9, 10-tetracarboxylic diimide (PDINN) on the active layer.20.The method of claim 18 or 19, further comprising evaporating a layer of gold (Au) as a seed layer on the buffer layer by a thermal evaporator.

Images