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给透明导电电极界面加“分子锁扣” |
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有机太阳能组件有效面积效率超18.8% |
近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义、刘权团队提出一种“分子锁定”新策略,给有机太阳能电池的透明电极与界面修饰分子之间加上“化学锁扣”,同步提升器件效率和长期稳定性。基于该策略,15.6平方厘米孔径面积有机太阳能组件的有效面积效率超过18.8%。相关成果发表于《焦耳》。
有机太阳能电池可以像印报纸一样“印”出来,具有柔性、轻质、低成本和大面积制造潜力,实验室小面积单结器件光电转换效率已超过20%。但从实验室小电池走向商业化组件,仍有一个关键瓶颈:商用透明导电电极铟锡氧化物ITO,与超薄界面修饰材料膦酸自组装单分子层(SAM)之间的界面不够稳定。
针对这一难题,团队提出基于配体交换反应的“分子锁定”策略。
他们先在商用ITO表面真空镀上一层含铟和氯的中间层InClx,经过紫外臭氧处理,形成ITO-Cl界面,再通过热退火触发SAM与InClx配体交换化学反应:氯离子作为“牺牲离去基团”,与膦酸基团释放的氢结合成氯化氢挥发掉,驱动形成牢固的铟—氧—磷三点配位网络。原本松散、不亲和的ITO-SAM界面被改造成密集的“锚定模板”,让修饰分子近乎完整地铺成单层。
多种测试和分子模拟表明,该中间层能抑制SAM团聚、让覆盖更均匀、改善电极能级匹配,并增强耐溶剂冲洗和热老化能力;该方法对多种膦酸类SAM材料具有通用性。
基于这一“分子锁定”界面,实验室小面积有机太阳能电池效率达到20.4%,平均效率19.9%。
稳定性方面,封装小器件于最大功率点连续工作2000小时后仍保持超过85%初始效率;组件在连续光照600小时后保持超过95%;75℃热老化1000小时后保持超过90%。这组数据说明:“分子锁扣”带来的不是某一个点的改善,而是效率、稳定性、面积三个维度同时向前推进。
该研究为高效、稳定、可规模化有机光伏组件提供了通用界面平台,有望破解有机光伏“效率、稳定性、可扩展性”难以兼得的“三角难题”。
相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.joule.2026.102709
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