光电导阴极界面的工作机制及在高效有机太阳电池中的应用

摘要

有机聚合物太阳电池(OPV)的核心竞争力体现在材料及器件制备工艺的廉价特性.大面积溶液印刷技术适用于制备几十纳米至几百纳米厚度的薄膜,发展器件性能对薄膜厚度不敏感材料(包括界面层和光活性层)是实现OPV产业化的关键.目前,实验室中广泛使用的阴极界面材料体系由于低的电导率只有在薄膜厚度很小时才能获得良好的器件性能. 研究组利用溶胶凝胶法制备了染料分子(花酞亚胺，PBI-H)掺杂的氧化锌(ZnO)阴极界面材料，发现这种掺杂材料在太阳光的照射下(有机太阳电池的工作条件)表现出特有的光电导现象，其电导率较纯氧化锌有两个数量级的增加，解决了阴极界面材料电导率低的问题。 在前期工作的基础上进一步发展了基于ZnO的水溶液加工光电导阴极界面(ZnO: PBI-Py)，利用光照下染料分子PBI-Py向Zn0的电子转移填充ZnO中的缺陷结构，有效提高ZnO的电子迁移率与电导率，获得了高光电导性能的阴极界面材料。 光电导阴极界面在太阳电池工作条件下具有高的导电性和较低的功函数，能够显著提升电池中电子的取出效率。在三元共混体系中，通过拓宽吸收光谱能够形成较大的电流。将前期发展的光电导阴极界面应用于三元共混有机太阳电池中，获得了超过11%的能量转换效率。