發布時間：2023年3月16日
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近日，中國科學院國家納米科學中心周惠瓊課題組在有機太陽能電池穩定性研究方面取得重要進展。相關研究成果以Lifetime over 10000 hours for organic solar cells with Ir/IrOx electron-transporting layer為題，在線發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。
近年來，有機太陽能電池的器件效率不斷提高，但穩定性問題仍制約其產業化進程。提高有機太陽能電池穩定性的策略之一是制備反置結構器件，但在這種結構的器件中最常用的電子傳輸材料氧化鋅（ZnO）具有光催化特性，在長期光照下會加速活性材料的分解，導致器件性能的衰減。因此，亟待研發穩定的電子傳輸材料。
前期研究針對有機太陽能電池的穩定性問題開展了系列研究：通過在ZnO納米顆粒中引入有機電子傳輸材料PFN-Br，調控了界面層的表面能并實現了太陽能電池的穩定性提高（J. Mater. Chem. A）；進而，通過在ZnO界面層頂部引入聚天冬氨酸（PASP），抑制了界面的光降解，改善了有機太陽能電池的器件穩定性（J. Mater. Chem. C）。
基于此，研究團隊采用溶膠凝膠法制備的Ir/IrOx納米顆粒作為替代ZnO的電子傳輸材料。Ir/IrOx薄膜具有合適的功函數、非均一性的微觀表面能分布以及優化的光場調控，其器件與ZnO器件相比，獲得了改善的電荷提取和抑制的電荷復合，實現了更為優異的器件性能。由于Ir/IrOx納米材料不具有光催化性質，在其上制備的活性層薄膜在老化過程中展現出更為穩定的組分分布及形貌。進而，基于Ir/IrOx納米材料的器件在暗置儲存、加熱以及最大功率點跟蹤等老化條件下，均表現出延長的器件壽命，實現了超過一萬小時的器件壽命。此外，Ir/IrOx器件在熱循環和紫外光照射下也展現出優異的穩定性，有望應用于極端的工作環境下。
研究工作得到國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項（B類）等的支持。北京航空航天大學和上海同步輻射光源等的科研人員參與研究。
2023-03-16 來源： 國家納米科學中心