河工大田利Langmuir：17.02%！ZnO / 有機(jī)電解質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)解鎖倒置光伏產(chǎn)業(yè)化新路徑

發(fā)表時間：2025-11-28 11:12

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主要內(nèi)容

氧化鋅（ZnO）作為陰極界面材料，已廣泛應(yīng)用于倒置有機(jī)太陽能電池（I-OSCs）中。然而，ZnO 薄膜固有的本征表面缺陷，嚴(yán)重制約了器件光電轉(zhuǎn)換效率與使用壽命的進(jìn)一步提升，不利于全生命周期的清潔生產(chǎn)與碳減排目標(biāo)落地。表面修飾是改善 ZnO 薄膜性能的有效策略，但現(xiàn)有報道的表面修飾層厚度普遍局限于 5 nm 左右，這一關(guān)鍵限制成為其產(chǎn)業(yè)化大面積制備的核心技術(shù)障礙。對此，河南工業(yè)大學(xué)田利教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊，針對這一長期困擾行業(yè)的痛點(diǎn)問題，創(chuàng)新性提出采用兩種小分子電解質(zhì)（SMEs）——PMABr 與 PMABr–OH 作為表面修飾材料，成功構(gòu)建了適用于 I-OSCs 的 ZnO / 修飾層雙層電子傳輸層（ETLs）。

該雙層結(jié)構(gòu)巧妙兼具 ZnO 適宜的最低未占分子軌道（LUMO）能級與小分子電解質(zhì)優(yōu)異的功函數(shù)（WF）調(diào)控能力，有效強(qiáng)化了陰極與受體界面的電子傳輸效率與收集效率，為器件性能提升奠定了核心基礎(chǔ)。其表面修飾策略通過雙重協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)器件性能的全方位優(yōu)化：一方面精準(zhǔn)鈍化 ZnO 表面的氧空位缺陷，同時顯著減弱紫外光照射強(qiáng)度，從根源上抑制活性層的光催化降解；另一方面適度降低 ZnO 薄膜的親水性，為活性層提供可靠的防水保護(hù)，最終實(shí)現(xiàn)器件效率與穩(wěn)定性的同步躍升。

基于該創(chuàng)新策略制備的倒置有機(jī)太陽能電池表現(xiàn)出**的綜合性能：以 PMABr–OH 為修飾層的器件，光電轉(zhuǎn)換效率從 15.90% 大幅提升至 17.02%，穩(wěn)定性較未修飾的純 ZnO 參考器件實(shí)現(xiàn)顯著提升；更具突破性的是，PMABr–OH 修飾層展現(xiàn)出優(yōu)異的厚度不敏感性 —— 利用 ZnO/PMABr–OH 雙層電子傳輸層，團(tuán)隊成功制備出修飾層厚度為 10-35 nm 的厚膜器件，其光電轉(zhuǎn)換效率均穩(wěn)定保持在 16.6% 以上；即便修飾層厚度增至 55 nm 這一極端條件下，器件效率仍優(yōu)于純 ZnO 參考器件，徹底突破了傳統(tǒng)修飾層厚度對大面積產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)桎梏。

田利教授團(tuán)隊的這項(xiàng)研究，不僅為開發(fā)厚度不敏感型表面修飾材料提供了**前景的設(shè)計思路，更成功解決了 ZnO 基倒置有機(jī)太陽能電池效率與穩(wěn)定性協(xié)同提升的行業(yè)難題，有效掃清了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的關(guān)鍵工藝障礙，為推動 I-OSCs 的高效穩(wěn)定與規(guī)?；慨a(chǎn)應(yīng)用提供了重要的技術(shù)支撐與理論參考。

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