國家納米中心有機(jī)太陽能電池穩(wěn)定性研究取得進(jìn)展
近日,中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心周惠瓊課題組在有機(jī)太陽能電池穩(wěn)定性研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Lifetime over 10000 hours for organic solar cells with Ir/IrOx electron-transporting layer為題,在線發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。 近年來,有機(jī)太陽能電池的器件效率不斷提高,但穩(wěn)定性問題仍制約其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。提高有機(jī)太陽能電池穩(wěn)定性的策略之一是制備反置結(jié)構(gòu)器件,但在這種結(jié)構(gòu)的器件中最常用的電子傳輸材料氧化鋅(ZnO)具有光催化特性,在長期光照下會(huì)加速活性材料的分解,導(dǎo)致器件性能的衰減。因此,亟待研發(fā)穩(wěn)定的電子傳輸材料。 前期研究針對(duì)有機(jī)太陽能電池的穩(wěn)定性問題開展了系列研究:通過在ZnO納米顆粒中引入有機(jī)電子傳輸材料PFN-Br,調(diào)控了界面層的表面能并實(shí)現(xiàn)了太陽能電池的穩(wěn)定性提高(J. Mater. Chem. A.,);進(jìn)而,通過在ZnO界面層頂部引入聚天冬氨酸(PASP),抑制了界面的光降解,改善了有機(jī)太陽能電池的器件穩(wěn)定性(J. Mater. Chem. C,)。 基于此,研究團(tuán)隊(duì)采用溶膠凝膠法制備的Ir/IrOx納米顆粒作為替代ZnO的電子傳輸材料。Ir/IrOx薄膜具有合適的功函數(shù)、非均一性的微觀表面能分布以及優(yōu)化的光場(chǎng)調(diào)控,其器件與ZnO器件相比,獲得了改善的電荷提取和抑制的電荷復(fù)合,實(shí)現(xiàn)了更為優(yōu)異的器件性能。由于Ir/IrOx納米材料不具有光催化性質(zhì),在其上制備的活性層薄膜在老化過程中展現(xiàn)出更為穩(wěn)定的組分分布及形貌。進(jìn)而,基于Ir/IrOx納米材料的器件在暗置儲(chǔ)存、加熱以及最大功率點(diǎn)跟蹤等老化條件下,均表現(xiàn)出延長的器件壽命,實(shí)現(xiàn)了超過一萬小時(shí)的器件壽命。此外,Ir/IrOx器件在熱循環(huán)和紫外光照射下也展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性,有望應(yīng)用于極端的工作環(huán)境下。 |