氧化镍薄膜的低温溶液法制备及其在有机太阳电池中的应用

由于全球性的能源危机,可再生能源,比如太阳能的应用得到了世界各国的关注。传统的硅太阳能电池由于价格的昂贵而限制了其市场的拓宽。柔性有机太阳能电池在近年来获得了很多科学家的关注。这种新型的太阳能电池具有造价低,柔性,便携性和半透明性等优点,可以和硅太阳能电池形成良好的互补。柔性有机太阳能电池在近期取得了超过10%的效率,很大程度上归结于其界面性能的改善。传统的阳极缓冲层PEDOT因为具有酸性,会刻蚀基底而增加器件的不稳定性。金属氧化物如NiO, MoO3 和V2O5等被广泛研究用来代替PEDOT。其中NiO具有合适的能级结构,被看作是很有希望的候选材料。用溶液法可以低能耗,大面积的生产金属氧化物缓冲层薄膜,特别适合柔性太阳能电池的打印工艺。但是迄今为止,所有溶液法制备的NiO的薄膜都需要250度~400度以上的高温后处理才能取得满意的器件性能。这种制备方法因此相当耗能,而且柔性太阳能电池的生产过程要求温度不要超过150度来保证塑料基底的物理和电学性能。于是怎么在低温下用溶液法制备高质量的NiO薄膜成为一个一直没能解决的具有挑战性的问题。

最近,苏州大学功能纳米与软物质研究院的马万里教授和他的团队发明了一种新型的NiO溶液制备方法,可以在150度以下获得高质量的NiO缓冲层,能有效的改进界面性能,全面提高有机太阳能器件的表现。传统的溶液法制备NiO是加热薄膜再用臭氧处理改善薄膜的成分和功函数。这种方法需要250度以上的加热温度。而他们采用了在加热NiO薄膜的同时进行臭氧处理的办法,可以有效的把制备温度降到150度以下。这种将加热和臭氧处理同时进行的办法可以在NiO前驱体薄膜表面产生大量的NiOOH,从而有效的改变了薄膜的功函数,实现了载流子的高速输运。