实验室何志才教授团队：吸附诱导空穴传输层实现效率超19%的稳定无PEDOT有机太阳能电池

有机太阳能电池（OSCs）因其轻质、柔性和低成本的溶液加工特性而备受关注。然而，进一步提升其光电转换效率（PCE）和稳定性仍面临挑战。空穴传输层在OSCs中起着关键作用，常用的PEDOT:PSS空穴传输层因酸性腐蚀透明电极ITO，限制了器件稳定性。因此，开发高性能、稳定的空穴传输层材料是实现高效OSCs的关键。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的何志才教授课题组通过界面工程策略，利用二维二硫化钨（WS₂）纳米片自组装在氧化钼（MoOx）修饰的ITO基底上，构建了一种复合空穴传输层，实现了高效且稳定的有机太阳能电池。基于该结构的有机太阳能电池光电转换效率达到19.23%，为无PEDOT:PSS的单结二元OSCs中的最高效率，并展现出优异的器件稳定性。

在有机太阳能电池中，空穴传输层与基底之间的界面接触质量直接影响电荷传输效率和器件稳定性。然而，传统WS₂空穴传输层与ITO基底之间的弱范德华力限制了电荷传输效率，导致器件性能欠佳。为此，何志才教授课题组提出了一种界面工程策略，在ITO基底上预先沉积一层MoOx薄膜，利用其高表面能促进WS₂纳米片的均匀自组装，形成复合空穴传输层（C-HTL）。研究表明，MoOx与WS₂之间通过S−O−Mo键形成了强电子耦合，显著增强了界面接触的稳定性和电荷传输能力。基于D18:L8-BO体系的有机太阳能电池在采用C-HTL后，光电转换效率达到19.23%，开路电压为0.895 V，短路电流密度为26.42 mA/cm²，填充因子为81.31%。此外，该器件在氮气氛围中存储840小时后，效率仍保持在94%，显著优于基于纯WS₂和PEDOT: PSS的器件。这种界面工程策略不仅优化了电荷传输路径，还提升了器件的长期稳定性，为高性能有机太阳能电池的开发提供了新的思路。

相关研究成果以“Chemisorption-Induced Robust and HomogeneousTungsten Disulfide Interlayer Enables Stable PEDOT-Free Organic Solar Cellswith Over 19% Efficiency”为题发表在Nano Letters上，其中通讯作者为何志才教授，第一作者为课题组硕士生马小惠。该研究工作得到了国家自然科学基金（52394273和52373179）和广东省国际科技合作基金（2020A0505100002）等科研项目的资助。

      原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c04519