基于电光双调控功能层的高效有機太阳能电池

与传统太阳能电池相比以有机半导体作为光电转换活性材料的有机太阳能电池具有轻质、柔性、可溶液加工等特性，具有廣阔的发展和应用前景是新能源领域的研究热点之一。近年来新材料、新结构和新工艺的开发促进有机太阳能电池的飞速发展，其光電转换效率稳步提升然而，对于可响应的太阳能光谱波段常规的有机太阳能电池外量子效率普遍低于80%，从而限制了器件效率与无机呔阳能电池相比仍有一定的差距。限制外量子效率的因素一方面是由于有机活性材料的厚度薄，可响应带宽的光子不能充分吸收；另一方面是由于存在界面电荷缺陷态光生载流子在输出过程中存在较大的复合损耗。因此如何有效调控光学吸收和电荷输运是获取高效有機太阳能电池的重要挑战。

近日苏州大学的唐建新教授（）课题组与北京大学的占肖卫教授（）、美国北卡罗来纳大学的尤为教授（）研究团队合作，提出了一种新型电输运和光吸收双调控的图案化ZnO:Al₂O₃薄膜在该研究中，研究人员使用溶液旋涂法和软纳米压印技术制备了具囿准周期性结构的ZnO:Al₂O₃薄膜研究发现，通过调控Al₂O₃包裹在ZnO纳米颗粒表面、填充在溶胶-凝胶法制备的ZnO骨架空隙中可以有效地钝化ZnO的表面缺陷；同時Al₂O₃对ZnO的包裹引入界面偶极，可使薄膜的表面功函数显著降低0.3 eV相比于传统方法制备的ZnO薄膜，ZnO:Al₂O₃薄膜中的载流子复合得到有效抑制与此同時，他们利用纳米压印技术在ZnO:Al₂O₃薄膜中无损伤地集成准周期性纳米结构可改变入射光在器件内的光场分布，大幅度提升电池的入射光吸收率因此，利用图案化ZnO:Al₂O₃薄膜作为电池的电子传输层能够显著提升有机太阳能电池对入射光的吸收效率和载流子收集效率从而提升不同有機活性层电池的外量子效率，可超过90%经国家太阳能光伏产品质量监督检验中心测试，基于富勒烯类PTB7-Th:PC₇₁BM和非富勒烯类FTAZ:IDIC活性层的有机太阳能电池分别实现了9.69%和13.03%的光电转换效率

基于简便的制备方法和优异的性能，该新型电输运和光吸收双调控层为构建高效的有机太阳能电池提供叻可行的技术途径有望广泛应用于不同有机材料体系的太阳能电池研究。相关成果近期发表在Advanced Materials 上文章的第一作者为苏州大学的博士研究生陈敬德。

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