深圳职业技术大学胡汉林教授多酚阴极界面层技术

有机太阳能电池（OSCs）近年来在光伏领域备受关注，其低成本、轻薄柔性和可大面积制备的优势，使其在建筑一体化、柔性电子等领域具有巨大的应用潜力。然而，有机太阳能电池的效率和稳定性仍然面临挑战，其中一个关键问题是阴极界面层（CIL）的性能限制。

在最近发表在《先进能源材料》期刊上的重要研究中，由深圳职业技术大学胡汉林教授、香港理工大学李刚教授以及河南科技学院张万庆教授等共同领导的团队，揭示了一种利用多酚化合物改善有机太阳能电池阴极界面层的突破性策略，成功提升了有机太阳能电池的效率和稳定性，为推动有机太阳能电池的应用发展迈出了重要一步。

【多酚优化阴极界面层：突破性新策略】

有机太阳能电池的阴极界面层在电荷传输和提取过程中起着至关重要的作用。然而，由于CIL 的功函数较高以及与活性层的接触不够良好，会导致较高的界面陷阱复合，从而降低了电荷提取效率，影响电池的性能。

这项研究中，研究团队提出了一种新颖的方法，通过引入多酚化合物——三羟基苯甲酸 (TBA) 来优化 CIL 的电荷注入和提取过程。 通过调节 TBA 的加入量，他们成功降低了 PDINN 阴极界面层的功函数，从 4.14 eV 降至 3.80 eV，并使电荷收集效率达到了 91.23%。

多酚钝化技术能优化有机太阳能电池效率的突破主要有以下几个原因：

l  钝化表面缺陷： 在有机太阳能电池中，活性层表面通常存在许多缺陷，这些缺陷会导致电子-空穴复合，降低电池的光电转换效率。多酚钝化技术通过在活性层表面形成一层钝化层，可以有效地钝化这些表面缺陷，减少电子-空穴复合，从而提高电池效率。

l  提升界面接触质量： 有机太阳能电池的性能很大程度上依赖于电极与活性层之间的界面接触质量。多酚钝化层能够改善界面接触，促进电荷传输，减少界面电阻，从而提升整体电池的光电转换效率。

l  抑制光降解： 有机材料容易受到光照的影响而降解，这会导致电池性能的衰减。多酚具有强抗氧化能力，能够有效地抑制有机材料的光降解，提高电池的长期稳定性和使用寿命。

l  调节能级匹配： 多酚钝化层可以通过调节其厚度和化学组成，优化有机太阳能电池中的能级匹配。这有助于更有效地进行电荷分离和传输，提高开路电压和填充因子，进一步提升电池效率。

l  增强材料兼容性： 多酚是一类具有良好生物兼容性的材料，其引入不会对有机太阳能电池材料造成有害影响。此外，多酚的分子结构多样性使其在与各种有机光伏材料结合时具备高度的兼容性和可调性。

【多酚钝化技术：实现高效和稳定性】

研究团队使用这种方法制备了以PM6:BTP-ec9 为活性层的双组分有机太阳能电池。结果表明，使用多酚优化的 CIL 制成的有机太阳能电池的功率转换效率 (PCE) 从 18.2% 提高到 19.3%，该效率跻身于目前 OSCs 之列。

研究团队使用的设备

这项研究使用了光焱科技 (Enlitech) 的以下设备来进行实验和验证多酚优化CIL 的效果：

                   ●   SS-X AM1.5G 太阳模拟器: 模拟太阳光照射条件，进行光电转换效率的测量和评估，验证多酚优化 CIL 后有机太阳能电池的光电转换性能。

                  ●   QE-R 量子效率测试系统: 测量有机太阳能电池的外量子效率（EQE）曲线，分析光电转换过程中不同波长光子的利用率，进一步了解多酚优化 CIL 后电荷传输和复合机制，为提高效率提供理论支持。

【研究结果：重大的科学突破和应用前景】

这项研究成果为提高有机太阳能电池的效率和稳定性提供了一种全新的思路。多酚化合物不仅可以有效地改善阴极界面层与活性层的接触，还能够提高界面处的电荷传输效率，抑制缺陷，最终提升了有机太阳能电池的性能。 该研究团队认为，这项研究不仅在有机太阳能电池领域具有重要的科学价值，还将推动有机太阳能电池产业的发展。

未来，该研究团队将继续深入研究多酚化合物在有机太阳能电池中的应用，探索更高效的界面钝化策略，力争研发出具有更高效率和更长寿命的下一代有机太阳能电池，推动有机光伏技术走向成熟应用。

总结

深圳职业技术大学胡汉林教授团队利用多酚化合物优化阴极界面层，显着提高了有机太阳能电池的效率和稳定性。这种新颖的策略，能够有效地降低阴极界面层的功函数，提升电荷提取效率，终为有机光伏技术的发展带来全新的方向和突破。

重要技术参数:

有机太阳能电池转换效率： 19.3%

关键材料: 三羟基苯甲酸 (TBA)

关键技术: 多酚优化阴极界面层

参考文献

Optimizing of Cathode Interface Layers in Organic Solar Cells Using Polyphenols: An Effective Approach

Advanced Energy Materials 2024

【本研究参数图】

Fig S1.   (a) J-V 测试中使用的掩膜，面积为 0.0804 平方厘米；(b) EQE 校准硅电池时使用的方孔掩膜，面积为 2.5×2.5 平方毫米；(c) EQE 测试中使用的光斑尺寸，面积为 1×1 平方毫米。

Fig S2. PDINN 和 TBA 分子结构中的偶极方向

Fig S12. (a) 基于含有 PDINN-TBA CIL 的 PM6: BTP-ec9 的 OSC 在不同条件下的 J-V 曲线。(b) 含有 PDINN 和 PDINN-TBA CIL 的基于 PM6: L8-BO: βBTCl 的 OSC 的 J-V 和 (c) EQE 曲线。

Fig S13. 基于 PM6 供体与 PDINN 和 PDINN-TBA CIL 的 OSC 的 J-V 曲线。

- 上述研究数据来自光焱科技 _ SS-X 系列 AM1.5G 太阳能模拟器和 QE-R 光伏/太阳能电池 EQE 完整解决方案 -

推荐设备

1.     SS-X AM1.5G  标准光谱太阳光模拟器

2.     QE-R 光伏 / 太阳能电池量子效率测量解决方案

文献参考自 Advanced Energy Materials  DIO:10.1002/aenm.202401741

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