一种有效的杂化阴极界面材料及其在大面积有机太阳电池中的应用

在有机太阳电池的发展过程中，界面工程的引入对提高器件光伏性能起到了关键作用。氧化锌（ZnO）作为一种经典的n-型无机半导体因其具有高的电子迁移率、良好的光透过率以及较好的稳定性等优点，而被广泛的应用于有机太阳电池器件中作为阴极界面修饰层。但是，纯ZnO薄膜仍然存在着一些问题，如表面缺陷等，不利于电子的传输和抽取，这限制了它们在有机太阳电池及大面积模组器件中的应用。

近日，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室黄飞教授课题组报道了一种改善ZnO性能的方法。作者通过将少量可醇溶的聚合物电解质NDI-PFNBr掺杂到氧化锌前驱体溶液中，采用溶胶凝胶法，获得了一种有机无机杂化的阴极界面材料NDI-PFNBr@ZnO。相比于ZnO，这种杂化阴极界面材料具有更高的导电性和更好的界面修饰性能。基于该杂化阴极界面的有机太阳电池显示了10%的光电转换效率，远高于基于ZnO的参比器件，其效率只有8.5%。而且，该杂化阴极界面具有厚度不敏感特性，当其厚度提高到80 nm时，相应的电池器件效率仍然维持在8.8%，显示了其在大面积有机太阳电池模组器件的应用优势。

通过采用刮刀涂布法，作者获得了16 cm²的大面积有机太阳能电池模组器件，其光电转换效率达到了8%，是此面积尺度水平的最高效率之一。随后，作者进一步将器件面积放大，制备了93cm²的大面积模组器件，获得了4.5%的光电转换效率。而且该模组器件可以在室内太阳光的照射下为智能手机进行充电，显示了其在便捷式电子设备的应用潜能。

相关研究成果发表在Science China Chemistry上（Sci. China Chem. 2018. https://doi.org/10.1007/s11426-018-9350-4），其中第一作者为博士后董升，通讯作者为张凯副研究员和黄飞教授。相关工作得到了国家科技部和国家自然科学基金的资助。