闵杰团队EES:无界面层的高性能全小分子有机太阳能电池

信息来源：nooeoo.com 时间： 2021-04-16 浏览次数：40

　　1.前言

　　溶液化处理的有机太阳能电池（OSCs）具有重量轻、成本低、柔性高、易于批量生产等优点，是目前最有发展前景的光伏技术之一。典型的OSCs器件由五个部分构成：阳极和阴极电极、空穴传输层（HTL）、电子传输层（ETL）和具有体异质结（BHJ）结构的活性层（AL），其由给体/受体（D/A）光伏材料共混而成。OSCs的基本工作原理是：当活性层吸收太阳光时，ETL/HTL通过能级差产生的驱动力选择性地提取电子空穴对；而后，自由载流子从电极中溢出，产生光电流。在OSCs中，HTL和ETL分别提取和传输空穴和电子到阳极和阴极中，而HTL和ETL也分别充当电子阻挡层和空穴阻挡层的角色，对OSCs的整体性能起着至关重要的作用。

　　目前广泛使用的HTL材料主要有PEDOT:PSS等，但人们在使用过程中发现其存在着明显的弊端，包括吸湿性、各向异性电荷注入以及电学和物理性质的变化。此外，真空沉积的ETL材料（即LiF和Ca）对水分和氧气非常敏感，这会导致在活性层/阴极表面形成不利的猝灭位点。因此，研究人员们越来越关注于设计新型高效的界面层（IFL）材料，包括过渡金属氧化物、有机-无机等杂化材料、石墨烯氧化物材料等，同时开发双层或多层复合IFL材料。然而，许多IFL材料需要高温的加工条件，而且有些材料较为昂贵，重复性较差。因此，寻找新的加工方法来制备高性能OSCs，是目前的主要研究热点之一，这有利于提高效率的同时稳定成本差距，促进OSCs技术的商业化生产。

　　2.简介

　　鉴于以上的考虑，近日，武汉大学闵杰研究员课题组提出了一种新策略，通过两步溶剂处理法（TSST）实现具有简单金属-半导体-金属（MSM）类型结构的高性能无IFL全小分子OSCs器件。具体而言，研究人员通过对铟锡氧化物（ITO）表面进行氯苯（CB）化，再进一步结合紫外臭氧处理，最终形成功函数下移、表面能提高的氯化ITO阳极。此外，研究人员选择甲醇作为极性溶剂来处理基于B1:BTP-eC9的全小分子活性层，从而使得Al阴极具有较高的真空度和降低的界面陷阱面度。事实上，这种TSST策略可以克服电极功函数与BHJ复合材料中给体或受体分子能级不匹配的缺点。

　　研究结果显示，基于无IFL的MSM型器件结合了高光吸收率、更适合的共混形态、更优异的电荷传输等优点，最终获得了高达14.86%的光电转换效率（PCE），大大高于对照器件（13.92%）。而另外基于BTR-Cl:Y6和B1:Y6的全小分子OSCs则进一步证明了TSST策略构建的MSM设备体系结构的普遍适用性。与对照器件相比，相应的MSM型器件具有较高的存储和操作稳定性。更重要的是，采用简单的MSM结构替代基于IFL的结构，可以进一步提高电极基板的寿命性能，降低制造成本，这对于工业生产具有重要意义。