隨著有機(jī)半導(dǎo)體材料的發(fā)展，有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已超過(guò)20%。目前，高效率的有機(jī)太陽(yáng)能電池均采用正置器件結(jié)構(gòu)。與正置結(jié)構(gòu)相對(duì)的倒置結(jié)構(gòu)電池可使用高功函頂電極，與印刷工藝更兼容。同時(shí)，倒置結(jié)構(gòu)電池避免使用吸濕性PEDOT:PSS，具有潛在的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。盡管倒置有機(jī)太陽(yáng)能電池具備上述優(yōu)勢(shì)，但它的光電轉(zhuǎn)化效率仍落后于正置電池。因此，提升倒置電池的光電轉(zhuǎn)化效率，對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池商業(yè)化應(yīng)用至關(guān)重要。
倒置有機(jī)太陽(yáng)能電池常用的電子傳輸層材料包括金屬氧化物。這些材料易產(chǎn)生表面缺陷，導(dǎo)致界面電荷復(fù)合，限制器件的光電轉(zhuǎn)化效率。為解決上述問(wèn)題，有研究開(kāi)發(fā)了多種基于有機(jī)分子的界面鈍化策略。但是，有機(jī)材料包括有機(jī)活性層本身，易在電子傳輸層表面被光催化降解，導(dǎo)致器件性能衰退。
中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員駱群、馬昌期致力于倒置有機(jī)太陽(yáng)能電池效率與穩(wěn)定性的優(yōu)化研究。本研究中，該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合芬蘭埃博學(xué)術(shù)大學(xué)教授Ronald ?sterbacka，開(kāi)發(fā)出原位轉(zhuǎn)化的無(wú)機(jī)SiOxNy鈍化層。該鈍化層通過(guò)室溫下將溶液法沉積的全氫聚硅氮烷（PHPS）進(jìn)行原位轉(zhuǎn)化獲得。相比于常見(jiàn)的真空物理制備方法如原子層沉積，這一方法與濕法印刷工藝更兼容。
進(jìn)一步，分析表明，SiOxNy修飾層誘導(dǎo)非富勒烯受體在ZnO界面處富集，促進(jìn)電荷提取。同時(shí)，PHPS的活性Si–H基團(tuán)能夠與ZnO形成Zn-O-Si鍵，并鈍化ZnO表面缺陷。研究結(jié)合理論模擬發(fā)現(xiàn)，PHPS鈍化ZnO缺陷后可以消除ZnO/活性層接觸界面的n-型摻雜，消除界面少子的復(fù)合，提升電池的短路電流。兩種效應(yīng)的結(jié)合，使有效面積為5.77?mm2和100.17?mm2的倒置有機(jī)光伏的能量轉(zhuǎn)化效率分別達(dá)到18.55%和18.12%。同時(shí)，第三方認(rèn)證效率分別為18.49%和18.06%。更重要的是，SiOxNy薄層可以將有機(jī)光活性層與ZnO分隔，降低ZnO對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體材料的光催化降解。研究顯示，利用SiOxNy鈍化的器件在連續(xù)白光照射下，T80壽命達(dá)24700小時(shí)。
該研究提出了加工制備無(wú)機(jī)界面鈍化層的新型可溶液法，為后續(xù)開(kāi)發(fā)高穩(wěn)定性倒置有機(jī)光伏提供了思路。同時(shí)，這一研究剖析了有機(jī)太陽(yáng)能電池界面鈍化提升器件短路電流的新機(jī)制。
相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《自然-光子學(xué)》（Nature Photonics）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目等的支持。
論文鏈接
SiOxNy鈍化層的制備過(guò)程及在器件中的分布狀況
本文鏈接：科學(xué)家提出制備無(wú)機(jī)界面鈍化層的新型可溶液法http://www.sq15.cn/show-12-659-0.html
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