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UCLA杨阳Nano Letter: 溶液法制备新型有机太阳能电池电子传输层

加州大学洛杉矶分校杨阳教授领导的团队用溶液法制备了一种新型金属无机氧化物作为有机太阳能电池的电子传输层。运用该溶液法制备的氧化铟薄膜,其电子迁移率高达15 cm2/(Vs)。通过引入大分子PEIE对其进行修饰,进而调节电子传输层的功函,更进一步提高了电子的注入,同时PEIE有效的抑制了由于针孔缺陷有引起的双分子复合。

UCLA杨阳Nano Letter: 溶液法制备新型有机太阳能电池电子传输层

DOI:10.1021/acs.nanolett.8b02452

第一作者: 黄文超

通讯作者: 杨阳

1. 研究背景

近年来,有机太阳能电池因为具有成本低,方便加工和可制备为柔性器件等优点,受到学术界和工业界的广泛关注。通过对有机太阳能电池中材料和活性层形貌的研究及改进,经过美国NREL机构认证的有机太阳能电池的光电转换效率目前已经突破12%。在反式有机太阳能电池中,电子传输层对器件性能起到至关重要的作用。

一个好的电子传输层需要满足以下两个基本设计需求:其一,具有较高的电子迁移率,从而促进载流子向电极的传输以及在界面处的电荷抽取; 其二,活性层的形貌很大程度上取决于下层电子传输层形貌,有效的控制电子传输层的形貌从而使聚合物呈现更好的结晶性和更有序的形貌。

2. 本文亮点

近日,加州大学洛杉矶分校杨阳教授领导的团队用溶液法制备了一种新型金属无机氧化物作为有机太阳能电池的电子传输层。运用该溶液法制备的氧化铟薄膜,其电子迁移率高达15 cm2/(Vs)。通过引入大分子PEIE对其进行修饰,进而调节电子传输层的功函,更进一步提高了电子的注入,同时PEIE有效的抑制了由于针孔缺陷有引起的双分子复合。在PBDTTT-EFT (PTB7-Th)/PC71BM富勒烯体系和PBDTTT-EFT (PTB7-Th /IEICO-4F非富勒烯体系中,使用PEIE修饰过的氧化铟电子传输层取代传统的氧化锌电子传输层,有效的提升了电荷的抽取速率。该工作同时利用同步辐射的掠入射广角X射线散射技术表征了电子传输层和活性层的形貌。结果显示,由于氧化铟薄膜本身具有很强的晶体取向,诱导聚合物在其表面结晶过程中形成更好的结晶性和更有序的晶体取向,从而同时促进了载流子在活性层中的传输。基于更快速的电荷抽取以及更优化的活性层形貌,运用氧化铟电子传输层的太阳能电池其光电转化效率更为优异。

UCLA杨阳Nano Letter: 溶液法制备新型有机太阳能电池电子传输层

图1. 氧化铟薄膜的光学性能和形貌

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图2. 氧化铟薄膜的电学性能

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图3. 基于不同电子传输层的有机太阳能电池光伏性能

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图4. 基于不同电子传输层的活性层形貌

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图5. 基于不同电子传输层的暂态光电流

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