有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSCs）近年來(lái)在光伏領(lǐng)域備受關(guān)注，其低成本、輕薄柔性和可大面積制備的優(yōu)勢(shì)，使其在建筑一體化、柔性電子等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性仍然面臨挑戰(zhàn)，其中一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是陰極界面層（CIL）的性能限制。

在最近發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》期刊上的重要研究中，由深圳職業(yè)技術(shù)大學(xué)胡漢林教授、香港理工大學(xué)李剛教授以及河南科技學(xué)院張萬(wàn)慶教授等共同領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，揭示了一種利用多酚化合物改善有機(jī)太陽(yáng)能電池陰極界面層的突破性策略，成功提升了有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性，為推動(dòng)有機(jī)太陽(yáng)能電池的應(yīng)用發(fā)展邁出了重要一步。

【多酚優(yōu)化陰極界面層：突破性新策略】

有機(jī)太陽(yáng)能電池的陰極界面層在電荷傳輸和提取過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。然而，由于CIL 的功函數(shù)較高以及與活性層的接觸不夠良好，會(huì)導(dǎo)致較高的界面陷阱復(fù)合，從而降低了電荷提取效率，影響電池的性能。

這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新穎的方法，通過(guò)引入多酚化合物——三羥基苯甲酸 (TBA) 來(lái)優(yōu)化 CIL 的電荷注入和提取過(guò)程。 通過(guò)調(diào)節(jié) TBA 的加入量，他們成功降低了 PDINN 陰極界面層的功函數(shù)，從 4.14 eV 降至 3.80 eV，并使電荷收集效率達(dá)到了 91.23%。

多酚鈍化技術(shù)能優(yōu)化有機(jī)太陽(yáng)能電池效率的突破主要有以下幾個(gè)原因：

l  鈍化表面缺陷： 在有機(jī)太陽(yáng)能電池中，活性層表面通常存在許多缺陷，這些缺陷會(huì)導(dǎo)致電子-空穴復(fù)合，降低電池的光電轉(zhuǎn)換效率。多酚鈍化技術(shù)通過(guò)在活性層表面形成一層鈍化層，可以有效地鈍化這些表面缺陷，減少電子-空穴復(fù)合，從而提高電池效率。

l  提升界面接觸質(zhì)量： 有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能很大程度上依賴于電極與活性層之間的界面接觸質(zhì)量。多酚鈍化層能夠改善界面接觸，促進(jìn)電荷傳輸，減少界面電阻，從而提升整體電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

l  抑制光降解： 有機(jī)材料容易受到光照的影響而降解，這會(huì)導(dǎo)致電池性能的衰減。多酚具有強(qiáng)抗氧化能力，能夠有效地抑制有機(jī)材料的光降解，提高電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和使用壽命。

l  調(diào)節(jié)能級(jí)匹配： 多酚鈍化層可以通過(guò)調(diào)節(jié)其厚度和化學(xué)組成，優(yōu)化有機(jī)太陽(yáng)能電池中的能級(jí)匹配。這有助于更有效地進(jìn)行電荷分離和傳輸，提高開路電壓和填充因子，進(jìn)一步提升電池效率。

l   增強(qiáng)材料兼容性： 多酚是一類具有良好生物兼容性的材料，其引入不會(huì)對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池材料造成有害影響。此外，多酚的分子結(jié)構(gòu)多樣性使其在與各種有機(jī)光伏材料結(jié)合時(shí)具備高度的兼容性和可調(diào)性。

【多酚鈍化技術(shù)：實(shí)現(xiàn)高效和穩(wěn)定性】

研究團(tuán)隊(duì)使用這種方法制備了以PM6:BTP-ec9 為活性層的雙組分有機(jī)太陽(yáng)能電池。結(jié)果表明，使用多酚優(yōu)化的 CIL 制成的有機(jī)太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)換效率 (PCE) 從 18.2% 提高到 19.3%，該效率躋身于目前 OSCs 之列。

研究團(tuán)隊(duì)使用的設(shè)備

這項(xiàng)研究使用了光焱科技 (Enlitech) 的以下設(shè)備來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證多酚優(yōu)化CIL 的效果：

n   SS-X AM1.5G 太陽(yáng)模擬器: 模擬太陽(yáng)光照射條件，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換效率的測(cè)量和評(píng)估，驗(yàn)證多酚優(yōu)化 CIL 后有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換性能。

n   QE-R 量子效率測(cè)試系統(tǒng): 測(cè)量有機(jī)太陽(yáng)能電池的外量子效率（EQE）曲線，分析光電轉(zhuǎn)換過(guò)程中不同波長(zhǎng)光子的利用率，進(jìn)一步了解多酚優(yōu)化 CIL 后電荷傳輸和復(fù)合機(jī)制，為提高效率提供理論支持。

【研究結(jié)果：重大的科學(xué)突破和應(yīng)用前景】

這項(xiàng)研究成果為提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性提供了一種全新的思路。多酚化合物不僅可以有效地改善陰極界面層與活性層的接觸，還能夠提高界面處的電荷傳輸效率，抑制缺陷，最終提升了有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能。 該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這項(xiàng)研究不僅在有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域具有重要的科學(xué)價(jià)值，還將推動(dòng)有機(jī)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

未來(lái)，該研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深入研究多酚化合物在有機(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用，探索更高效的界面鈍化策略，力爭(zhēng)研發(fā)出具有更高效率和更長(zhǎng)壽命的下一代有機(jī)太陽(yáng)能電池，推動(dòng)有機(jī)光伏技術(shù)走向成熟應(yīng)用。

總結(jié)

深圳職業(yè)技術(shù)大學(xué)胡漢林教授團(tuán)隊(duì)利用多酚化合物優(yōu)化陰極界面層，顯著提高了有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性。這種新穎的策略，能夠有效地降低陰極界面層的功函數(shù)，提升電荷提取效率，終為有機(jī)光伏技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)全新的方向和突破。

重要技術(shù)參數(shù):

有機(jī)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率： 19.3%

關(guān)鍵材料: 三羥基苯甲酸 (TBA)

關(guān)鍵技術(shù): 多酚優(yōu)化陰極界面層

參考文獻(xiàn)

Optimizing of Cathode Interface Layers in Organic Solar Cells Using Polyphenols: An Effective Approach

Advanced Energy Materials 2024

【本研究參數(shù)圖】

Fig S1.   (a) J-V 測(cè)試中使用的掩膜，面積為 0.0804 平方厘米；(b) EQE 校準(zhǔn)硅電池時(shí)使用的方孔掩膜，面積為 2.5×2.5 平方毫米；(c) EQE 測(cè)試中使用的光斑尺寸，面積為 1×1 平方毫米。

Fig S2. PDINN 和 TBA 分子結(jié)構(gòu)中的偶極方向

Fig S12. (a) 基于含有 PDINN-TBA CIL 的 PM6: BTP-ec9 的 OSC 在不同條件下的 J-V 曲線。(b) 含有 PDINN 和 PDINN-TBA CIL 的基于 PM6: L8-BO: βBTCl 的 OSC 的 J-V 和 (c) EQE 曲線。

Fig S13. 基于 PM6 供體與 PDINN 和 PDINN-TBA CIL 的 OSC 的 J-V 曲線。

- 上述研究數(shù)據(jù)來(lái)自光焱科技 _ SS-X 系列 AM1.5G 太陽(yáng)能模擬器和 QE-R 光伏/太陽(yáng)能電池 EQE 完整解決方案 -

推薦設(shè)備

1.     SS-X AM1.5G  標(biāo)準(zhǔn)光譜太陽(yáng)光模擬器

2.     QE-R 光伏 / 太陽(yáng)能電池量子效率測(cè)量解決方案

文獻(xiàn)參考自 Advanced Energy Materials  DIO:10.1002/aenm.202401741

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