彭强团队Angew:水溶液处理Co基空穴传输层，有机太阳能电池效率高达18.77%

1.前言

凭借成本效益高、大面积和柔性器件、溶液化处理等方面具有的诱人潜力，有机太阳能电池（OSCs）已成为传统无机太阳能电池的一种有前途的能源技术替代品。非富勒烯受体与适当的聚合物给体匹配并用作光活性层时，使得OSCs的光电转换效率（PCE）超过18%，这与商用硅基太阳能电池相当，为OSCs的实际应用带来新的曙光。

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除了光活性材料的进步，界面层在改善OSCs的器件性能和器件稳定性方面也起着同样重要的作用。处于光活性层和电极之间的界面层（空穴传输层和电子传输层）旨在调节功函数，形成欧姆接触，最小化能量势垒，提高电极的电荷选择性。虽然目前已经为高性能OSCs开发了各种电子传输层（ETL），但空穴传输层（HTL）的开发仍远远落后。在大多数情况下，报告的绝大多数高性能OSCs器件都使用PEDOT:PSS、MoO3、V2O5等。然而，这类材料均有一定的弊端，如吸湿性、酸性、制备条件困难等。因此，仍然迫切需要开发一种更具成本效益和环境友好的OSCs高效HTL工艺。

图1:工艺流程、器件结构、分子结构编辑

2.简介

鉴于以上的因素，近日，四川大学彭强教授研究团队使用低成本的Co(OAc)2·4H2O作为前驱体，可以简单地从其水溶液中处理，进而开发出新型Co基HTL。为了调整Co基HTL的电子性质，研究人员进行了热退火（TA）和紫外线臭氧（UVO）处理。研究发现，TA工艺促使结晶水损失，随后Co(OAc)2·4H2O前驱体氧化，导致功函数增加，从而可以提高器件的开路电压（VOC）。同时，经TA处理后，Co基HTL仍显示出比裸ITO电极（4.83 eV）更低的功函数，这导致空穴提取的能量势垒较大，并且由于低电导率和大量的形貌缺陷而恶化，最终器件性能较差。然而，通过额外的UVO处理，薄膜的功函数和导电性大大提高，形貌缺陷和电阻降低。

图2:不同条件处理的HTL材料比较编辑

事实上，采用150℃的TA和UVO制备的Co基高温超导薄膜具有高透射率、高功函数、优异的导电性、良好的形貌和最小的缺陷以及良好的电阻特性。因此，可以同时实现增强的VOC、短电流密度（JSC）和填充因子（FF），并且显著改善了PCE。结果显示，采用这种新型Co基HTL时，基于PM6:L8-BO器件中的PCE为18.77%，远高于采用PEDOT:PSS的器件（18.02%）。此外，该器件的VOC高达0.89 V，JSC为26.37 mA cm-2，FF为79.94%，是目前二元混合OSCs的新记录之一。更重要的是，该工作所具有的成本效益的原材料和简单的加工方法（水溶液处理、低温TA和UVO处理）使得这种新型Co基HTL与柔性基板兼容，有利于未来的卷对卷生产。

图3:Co基HTL的材料表征编辑

3.总结

综上，该工作所制备的新型Co基HTL不仅可以促进OSCs性能的提高，同时相关工艺也为后期的器件制备降低了成本和复杂度。相关研究成果现已发表在国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，题为“18.77% Efficiency Organic Solar Cells Promoted by Aqueous Solution Processed Cobalt(II) Acetate Hole Transporting Layer”。

本文关键词：有机太阳能电池，界面层，电子传输层，空穴传输层，PM6，L8-BO。

4.材料

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