基于全聚合物中间连接层的高效叠层有机太阳电池

基于有机半导体材料的有机太阳电池具有全固态、光伏材料性质可调范围宽、可实现半透明、可制成柔性器件等优点。然而，制约有机太阳电池实用化的一个重要因素在于，相对于商业化的太阳电池，有机太阳电池的能量转换效率还存在一定差距。在有机太阳电池领域，叠层结构器件是一种进一步提高器件能量转换效率的有效方式。除了学术界广泛开展的围绕前、后层电池活性层材料的研究，具有理想载流子复合特性的中间连接层的构筑对获得高效器件也起着至关重要的作用。目前，几乎所有高效的叠层有机太阳电池都是基于（无机）有机/无机结构的中间连接层，如ZnO/PEDOT:PSS, ZnO/CuSCN和ZnO/共轭聚合物等。由于无机材料的存在，器件的机械柔性受到了一定程度的限制，有机太阳电池的特征优势得不到理想表达。

近期，华南理工大学黄飞教授研究团队针对全溶液加工有机中间连接层中的难题，开发出一类结构为PNDIT-F3N:PEI/PEDOT的全聚合物中间连接层。研究发现，PNDIT-F3N对PEDOT的界面修饰能力可以通过PEI的引入而实现线性渐变调节，因此为研究中间连接层中载流子的复合行为提供了有效手段。最终，通过调节PNDIT-F3N中PEI的掺入量，实现了能量转换效率为12.6%的叠层有机太阳电池。更为重要的是，PEI的掺入，并未对PNDIT-F3N的电荷传输能力产生明显影响，因此基于此结构的中间连接层，可以在60 ~ 140 纳米范围内保持理想的中间连接特性。这一研究结果为构筑高效中间连接层提供了新途径，同时有望在印刷加工高效柔性有机太阳电池中获得应用。

图1 中间连接层中载流子的复合

相关成果以《Highly Efficient Tandem Organic Solar Cell Enabled byEnvironmentally Friendly Solvent Processed PolymericInterconnecting Layer》为题，发表在Advanced Energy Materials,（Adv. Energy Mater. 2018, 1703180）上，作者为Kai Zhang（张凯）, Baobing Fan（樊宝兵）, Ruoxi Xia（夏若曦）, Xiang Liu（刘祥）, Zhicheng Hu（胡志诚）, HonggangGu（谷洪刚）, ShiyuanLiu（刘世元）, Hin-Lap Yip（叶轩立）, Lei Ying（应磊）,* Fei Huang（黄飞）,* 和Yong Cao（曹镛）。相关工作得到了国家科技部，国家自然科学基金和广州市科技项目的资助。