高效率雙層連續異質結有機太陽能電池

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在各種太陽能清潔利用的技術中，有機太陽能電池利用有機半導體光伏效應實現了光電轉換（吸收光子產生自由電荷），具有質輕、薄、柔和廉價等潛在優點，相關研究受到全球科研工作者的廣泛關注。當前最高效的單節有機太陽能電池器件採用透明電極/有機功能層/金屬電極的三明治夾層結構。其中，厚體異質結吸光活性層的有機太陽能電池不僅能夠有效地提升器件的光吸收強度，而且能很好地兼容大規模產業化的製備工藝和生產流程。但是，受限於有機半導體材料低載流子遷移率、給體/受體的相分離難以控制和有機/無機界面缺陷等因素，在通常的厚體異質結單結器件中，伴隨光吸收效率和短路電流的提升，填充因子往往顯著降低，從而導致器件整體光電轉換效率降低。與此同時，單一體異質結太陽電池器件的吸光範圍和強度均受到限制，導致器件的最高可獲得光電流密度和能量效率與無機太陽電池相比偏低。

最近，電子科技大學光電信息學院、電子薄膜與集成器件國家重點實驗室的于軍勝教授團隊與浙江大學的李昌治和陳紅征教授團隊合作，在國際權威期刊Advanced Materials上發表了題為Highly Efficient Organic Solar Cells Consisting of Double Bulk Heterojunction Layers的學術論文。同時，由於論文的創新性突破被選為該期刊的後封面（Back Cover）文章。文章第一作者是電子科技大學的黃江副教授。

當期雜誌的後封面

該論文提出了一種適用於有機太陽電池在正負電極之間引入雙層連續異質結活性層的新結構，利用界面修飾手段，成功地實現了能量轉換效率為12%的寬光譜、厚膜有機太陽能電池，是當前文獻報道的非疊層有機薄膜太陽能電池光電轉化效率的最高記錄。這種首次提出的雙異質結器件結構，窄帶隙的PDPP3T:PC71BM異質結吸光活性層通過粘貼轉印至中帶隙的PTB7-Th:PC71BM異質結薄膜，從而將吸收光譜拓展至近紅外範圍（~925 nm）。這種獨特設計的雙異質結結構，不僅能同時提高低能量和高能量光子的利用效率，而且能夠通過在兩種體異質結間形成混合過渡區構建有效的電荷傳輸通道。

雙異質結有機太陽能電池的製備流程

同時，針對未修飾的氧化鋅電子傳輸層自身存在物理、化學缺陷的瓶頸難題，他們創新性地採用富勒烯聚合物分子自組裝層鈍化氧化鋅界面缺陷，大幅改善有機活性層和氧化鋅的電子耦合和界面特性（Advanced Materials,2016,28, 7269；Solar RRL,2017,1, 1600008)，成功地實現了具有高電荷遷移率和填充因子特性的厚膜雙異質結有機太陽電池器件，短路電流密度為23.75 mA cm-2，開路電壓為0.77 V，填充因子為0.67，能量轉換效率達到了12.25%。該工作為實現厚體異質結、寬光譜響應、高效有機薄膜太陽能電池開闢了一條新途徑，將對有機光伏領域的發展起到促進作用。

雙異質結寬光譜的器件結構（左）及光伏性能（右）

該論文作者為：Jiang Huang, Hanyu Wang, Kangrong Yan, Xiaohua Zhang, Hongzheng Chen, Chang-Zhi Li, Junsheng Yu

Highly Efficient Organic Solar Cells Consisting of Double Bulk Heterojunction Layers

Adv. Mater.,2017,29, 1606729, DOI: 10.1002/adma.201606729

于軍勝教授團隊簡介

于軍勝教授團隊長期從事有機電子學領域的研究工作，與耶魯大學、UC Berkeley、UCLA、約翰霍普金斯大學、美國西北大學、密西根大學、華盛頓大學、德州大學奧斯汀分校、浙江大學、四川大學等國內外著名高校具有廣泛的學術交流合作，近年來聚焦有機電子學中柔性光電子器件相關的信息顯示、太陽能電池、光伏探測和氣體感測方向的應用基礎研究，發表的高水平學術論文5篇入選ESI高被引論文、1篇入選ESI熱點論文，單篇SCI他引次數達到177次，2篇文章分別推薦為國際權威期刊Adv. Funct. Mater.和Adv. Mater.的封面，培養研究生的學術成果曾獲中國光學工程學會評選的全國光學工程學科優秀博士論文1篇、四川省優秀博士論文1篇和「成電傑出研究生」3名。

http://www.x-mol.com/university/faculty/43012

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