福建物构所有机太阳能电池材料和器件研究获新进展

发布时间: 2015-01-19

 有机太阳能电池可以通过溶液方法制成大面积薄膜器件，具有成本低、重量轻、可折叠、半透明等优点，随着电池转换效率的不断提高，有机太阳能电池已经显现出广阔的应用前景。  

　　在国家基金委杰出青年基金项目和面上项目、中科院“百人计划”项目等支持下，中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室郑庆东研究小组在有机太阳能电池材料与器件研究上取得了新进展。该小组以含茚并芴聚合物和富勒烯的混合膜为活性层，通过调控半导体金属氧化物电极界面层，实现了开路电压高达1.00~1.06 V并维持大于5%转换效率的高稳定倒置有机太阳能电池（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 9015–9025）。针对目前有机光伏器件界面材料的局限性，该小组还与中科院大连化学物理研究所张坚研究小组合作，通过引入能级可调的三元锌镁氧化合物（ZMO）薄膜来提升有机光伏器件的性能；利用溶液法获得的ZMO阴极界面缓冲层，具有功函数、界面性能、吸收等性能可调控的优势，在器件中能够显著增强电子传输与空穴阻挡能力、提高电池的短路电流、开路电压和填充因子，最终获得8.31%的高效率和高稳定的有机太阳能电池。该研究证实了带隙可调的ZMO透明薄膜是一类可用于有机光伏器件的新型界面材料，率先将基于多元氧化物界面层的有机太阳能电池效率突破8%，相关研究成果近期发表在《先进能源材料》上（Adv. Energy Mater. 2014, DOI: 10.1002/aenm.201301404）。该研究为新一代能隙可调多组分半导体薄膜设计和光伏器件应用提供了重要思路。  

　　此前，郑庆东研究小组还设计合成了多个系列新型聚合物太阳能电池材料，并制备了相应器件（J. Mater. Chem., 2012, 22, 16032–16040; Macromolecules, 2013, 46, 4813–4821; ACS Macro Lett., 2013, 2, 605–608），应邀在《先进能源材料》（Adv. Energy Mater., 2012,2, 179–218)撰写了一篇关于有机导电聚合物能源应用的综述论文，总结了具有一维纳米结构有机导电聚合物的可控合成策略，并探讨和评述了它们在太阳能电池、锂电池等新能源器件中的应用前景。