近日, 中國科學院國家納米科學中心周惠瓊課題組將WOx納米顆粒與商業化的PEDOT:PSS乳液混合用作有機太陽能電池的空穴傳輸層材料, 改善了空穴傳輸層的表面自由能, 優化了活性層的形貌, 從而同時提高了器件的效率和填充因子, 為高效有機非富勒烯太陽能電池提供了一種簡單易行的空穴傳輸層修飾方法. 該研究以A Highly Effcient Non-Fullerene Organic Solar Cell with a Fill Factor over 0.80 Enabled by a Fine-Tuned Hole-Transporting Layer 為題發表在《先進材料》 (Advanced Materials, 2018, 1801801) 雜誌上.
近年來, 有機太陽能電池因其廣闊的應用前景而備受關注. 而填充因子則是有機太陽能電池中一個重要的光伏性能參數, 主要受界面層和活性層性質的影響.
周惠瓊課題組將WOx納米離子與PEDOT:PSS乳液混合, 經過細緻優化WOx:PEDOT:PSS空穴傳輸層的組分和膜厚, 基於PBDB-TF:IT-4F體異質結的非富勒烯太陽能電池實現了80.79%的填充因子 (FF) 和14.57%的轉換效率 (中國計量院驗證效率為14.15%) . 阻抗分析和瞬態光電流光電壓測試等表徵揭示了相對於廣泛應用的PEDOT:PSS薄膜, WOx:PEDOT:PSS空穴傳輸層具有更優越的電荷提取性能. AFM和RSoXS測試發現具有不同表面自由能的空穴傳輸層 (WOx, WOx:PEDOT:PSS, PEDOT:PSS) 可以調控體異質結層的形貌. 通過對比相區尺寸/純度, 載流子壽命, 激子解離性能和載流子傳輸遷移率, 研究人員認為WOx: PEDOT:PSS器件具有高的FF來源於更平衡的載流子傳輸, 更長的載流子壽命以及減弱的非輻射電荷複合.
該篇文章的第一作者是助理研究員鄭眾, 是周惠瓊課題組前期研究工作 (Nano Energy, 2018, 50, 169-175; J. Mater. Chem. C., 2018, DOI: 10.1039/C8TC02933D; RSC Advances, 2017, 7, 12400-12406) 的進一步拓展, 與中科院化學研究所侯劍輝課題組 (材料合成) , 上海交通大學劉烽課題組 (形貌表徵) 以及北京航空航天大學的張淵課題組 (器件物理) 共同合作的成果. 研究工作得到了中科院百人計劃和國家自然科學基金等項目的支援.
有機太陽能電池的器件結構示意圖和器件性能
