倒置结构聚合物太阳电池的光浸润机制

as聚合物太阳电池(PSCs)因其廉价、轻便、易于大面积柔性制备等优势,成为目前极具商业价值的一种新型光伏器件。其中,单结聚合物太阳电池的光电转换效率已经突破10%。在最近的研究中,具有倒置结构的PSC电池器件(i-PSCs)因其优良的器件稳定性和效率,得到了人们的广泛关注。作为一种普遍采用的阴极修饰材料,n型金属氧化物(例如TiOx,ZnO)由于需要高温加热处理(>200℃)而难以用于柔性器件的制备,因此可室温溶液制膜的共轭聚电解质阴极界面修饰材料引起了人们的浓厚兴趣。除可室温溶液制膜外,这种材料还具有良好的成膜性能以及特殊溶剂选择性使其可以方便地构筑多层器件,并满足大面积印刷及打印制膜的要求。在最近的研究中人们发现使用这一类材料所制备的器件表现出明显的光浸润效应(light soaking effect),即器件光伏性能随着光照时间延长而增加的现象,但其产生的原因及机理尚不明确。因此,深入研究和阐释i-PSCs光浸润机制对于进一步提高i-PSCs器件光电转换性能,具有重要的指导意义。

最近,南京邮电大学赖文勇教授及其研究团队在i-PSCs的光浸润机制研究方面取得重要进展。他们制备了一类结构明确的大分子电解质界面修饰材料,以消除聚合物材料的分子量、分散性差异对器件性能的影响,并深入研究了其作为电子收集层应用于i-PSCs器件性能的影响。通过系统全面的测试分析,他们发现经过一段时间的紫外光照射后,阴极的功函数显著降低、器件整体电阻下降、阴极电子收集势垒降低,器件性能显著提高。实验表明,ITO基片表面吸附的痕量氧触发了光浸润效应。因此,他们指出,在i-PSCs的制作过程中需要特别注意ITO基片上吸附的痕量的氧对器件性能的影响。这一发现将有助于显著改善大面积i-PSCs的器件性能,特别是对于采用印刷方式制作而无法完全隔氧保护的器件制备具有重要指导意义。该实验结果还分别在意大利米兰纳米技术中心(CNST@Polimi)和英国帝国理工学院得到了进一步验证。该研究结果发表于Advanced Science(Advanced Science, 2015, 1500245.)。

相关工作得到了国家科技部青年973项目,国家自然科学基金以及江苏省自然科学基金等的资助。

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