南昌大学陈义旺&谈利承团队SCC:界面调节策略助力二元有机光伏电池具有高效率和稳定性

发表时间：2022-08-04 16:50作者：知研光电材料

导语：研究人员提出了一种界面厚度调节策略，制备出高效的阴极界面层PDINO（15 nm），可以同时提高OPVs的效率和稳定性。南昌大学陈义旺&谈利承团队SCC:界面调节策略助力二元有机光伏电池具有高效率和稳定性

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1.前言回顾

全溶液处理的有机光伏电池（OPVs）因其在轻量化、半透明应用以及与柔性基底集成方面的优势，被视为硅太阳能电池的有效替代品。基于高效共轭聚合物给体和非富勒烯小分子受体（NFAs）的体异质结（BHJ）OPVs实现了非常优异的光电转换效率（PCE）。除了开发新型高效的光活性材料外，器件工程和界面工程（尤其是阴极界面层）对于构建高性能器件所起到的作用也不容忽视。此外，为了进一步促进有机光伏产业化，应更加重视器件的效率和稳定性。然而，对于OPVs的界面调节，目前尚未有较多的研究。

优秀的阴极界面层应具有高导电性、强功函数（WF）可调节性以及与活性层良好的界面接触。无机金属氧化物界面层（ZnO、SnO2）与有机共混膜的界面接触不良，导致电子提取效率较低。相反，醇溶液处理的有机界面层材料，如经典的PDINO、PNDIT-F3N和PFN-Br等，由于其与活性层的欧姆接触和能级可调，现已广泛应用于制备高效OPVs和钙钛矿太阳能电池（PSCs）器件。然而，这些界面材料层通常可以作为OPVs中的薄膜，而超薄夹层不能有效阻止金属电极扩散到活性层，从而降低了器件的稳定性。

图1. 器件分子结构与基本特性

2.文献简介

结合上述问题，近日，南昌大学陈义旺教授、谈利承教授研究团队提出了一种界面厚度调节策略，制备出高效的阴极界面层PDINO（15 nm），可以同时提高OPVs的效率和稳定性。详细的表征结果显示，PDINO（15 nm）薄膜具有优异的导电性，具有高电子迁移率、强功函数可调性、与活性层良好的界面接触以及光滑稳定的表面形貌。因此，其可以对齐阴极的功函数，保持良好的界面接触，甚至阻止金属离子的有害扩散。当以PDINO（15 nm）/Ag作为阴极时，基于PM6:Y6共混膜的二元OPV具有17.48%的高PCE，这主要归因于器件所具有的高开路电压（0.861 V）、填充因子（77.80%）和短路电流密度（26.15 mA/cm2）。同时，基于PM6:eC9和D18-Cl:Y6:PC71BM的OPV体系也获得了18.22%和18.02%的高PCE。

图2.相关器件光伏性能比较

更重要的是，与PDINO（9 nm）/Al、PFNBr（5 nm）/Ag或PNDIT-F3N（5 nm）/Ag器件相比，PDINO（15 nm）/Ag器件不仅效率高，而且稳定性好。此外，基于PDINO（15 nm）/Ag的大面积（1cm2）器件具有15.2%的高PCE，这一结果显示出该策略对大面积器件的极大耐受性。同时，界面加厚策略也适用于其它常用的阴极界面层。这一简单而有效的策略同时提高了OPVs的稳定性和效率，为商用OPVs的未来发展奠定了基础。

图3.具有不同顶部阴极的PM6:Y6器件的特性

3.文献总结

综上，该工作开发出一种高效的阴极界面层PDINO（15 nm），并且说明层厚调节策略可以作为提高OPVs器件性能和稳定性的通用方法。相关研究成果现已发表在著名期刊《SCIENCE CHINA Chemistry》上，题为“Achieving improved stability and minimal non-radiative recombination loss for over 18% binary organic photovoltaics via versatile interfacial regulation strategy”。

本文关键词：有机光伏电池，阴极界面层，界面条件，器件稳定性，非辐射能量损失。

4.材料推荐