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網(wǎng)站首頁(yè)/有機(jī)動(dòng)態(tài)/有機(jī)干貨/Angew. Chem. :硝酸鎳高效空穴傳輸層實(shí)現(xiàn)19.02%效率記錄的有機(jī)單結(jié)本體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池
Angew. Chem. :硝酸鎳高效空穴傳輸層實(shí)現(xiàn)19.02%效率記錄的有機(jī)單結(jié)本體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池

有機(jī)太陽(yáng)能電池因其質(zhì)量輕、光譜可調(diào)、機(jī)械柔性、易于制備大面積器件等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。近年來(lái),得益于科研工作者在有機(jī)活性層上的不懈努力(包括發(fā)展新型高效光伏材料體系和活性層形貌優(yōu)化策略),有機(jī)太陽(yáng)能電池發(fā)展十分迅速,最佳能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)突破19%,潛力巨大。與活性層的顯著進(jìn)步相比,界面層(包含空穴傳輸層和電子傳輸層)的研究相對(duì)遲緩。尤其對(duì)于空穴傳輸層而言,PEDOT:PSS仍然是目前使用最為普遍的空穴傳輸層,但是PEDOT:PSS會(huì)影響器件的穩(wěn)定性。使用無(wú)機(jī)金屬氧化物空穴傳輸層有望替代PEDOT:PSS,制備更為穩(wěn)定的有機(jī)太陽(yáng)能電池器件。然而,無(wú)機(jī)金屬氧化物空穴傳輸層的制備要么能耗較高,要么制備工藝復(fù)雜,而且無(wú)機(jī)金屬氧化物結(jié)晶性強(qiáng)、成膜性差,容易形成大顆團(tuán)簇。所制備的空穴傳輸層表面粗糙度大,無(wú)法與有機(jī)活性層形成良好的界面接觸,降低了器件效率和可重復(fù)性。



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圖1. (a)鎳基空穴傳輸層的薄膜質(zhì)量示意圖;(b)有機(jī)太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)示意圖;(3)本工作中使用的聚合物給體和非富勒烯受體材料結(jié)構(gòu)圖

近日,四川大學(xué)彭強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一個(gè)制備高質(zhì)量空穴傳輸層薄膜提升有機(jī)太陽(yáng)能電池器件效率和穩(wěn)定性的方法。他們首先分別使用乙酰丙酮鎳(Ni(acac)2)和硝酸鎳Ni(NO3)2作為前驅(qū)體,通過(guò)熱退火和紫外臭氧處理制備了空穴傳輸層。由于Ni(acac)2和Ni(NO3)2都具有較強(qiáng)的聚集性,成膜性差。尤其是Ni(NO3)2的熔點(diǎn)只有57 ℃左右,100 ℃熱退火處理加劇了其團(tuán)聚程度。為了抑制其團(tuán)聚,他們?cè)贜i(NO3)2的溶液中加入適量乙酰丙酮,與Ni(NO3)2形成熔融體。熔融體在冷卻后形成無(wú)定型的玻璃態(tài),而非晶態(tài)的Ni(NO3)2顆粒。通過(guò)進(jìn)一步的紫外臭氧處理,促進(jìn)熔融體的氧化,增加其功函。將其作為空穴傳輸層,基于PM6:BTP-eC9和D18:BTP-Th活性層的有機(jī)太陽(yáng)能電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率分別高達(dá)18.42%和19.02%,高于使用PEDOT:PSS作為空穴傳輸層的器件效率(17.94%和18.61%)。19.02%也是目前二元共混有機(jī)太陽(yáng)能電池的最好效率。研究還發(fā)現(xiàn)乙酰丙酮無(wú)法與Ni(acac)2形成共融體,不能抑制Ni(acac)2在成膜過(guò)程中的結(jié)晶,因此不能明顯改善用Ni(acac)2作為前驅(qū)體制備的空穴傳輸層器件性能。該工作為高質(zhì)量無(wú)機(jī)空穴傳輸層薄膜制備和在有機(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用提供了新的解決思路。

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圖2. 基于PM6:BTP-eC9活性層和熱退火處理的鎳基空穴傳輸層制備的器件的(a)J-V曲線(xiàn),(b)EQE曲線(xiàn)和(c)器件參數(shù)對(duì)比圖;基于PM6:BTP-eC9活性層和熱退火加紫外臭氧處理的鎳基空穴傳輸層制備的器件的(d)J-V曲線(xiàn),(e)EQE曲線(xiàn)和(f)器件參數(shù)對(duì)比圖;基于D18:BTP-Th活性層和Ni(NO3)2&Hacac或PEDOT:PSS空穴傳輸層制備的器件的(g)J-V曲線(xiàn)和(h)EQE曲線(xiàn);(i)能量轉(zhuǎn)換效率超過(guò)17%的二元共混有機(jī)太陽(yáng)能電池的PCE-FF散點(diǎn)圖。

文信息

Nickel(II) Nitrate Hole-Transporting Layers for Single-Junction Bulk Heterojunction Organic Solar Cells with a Record 19.02% Efficiency

Huifeng Meng, Wenwen Jing, Xiaoeng Xu,* Liyang Yu, Qiang Peng*

論文的第一作者是四川大學(xué)的博士研究生孟慧峰。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202301958




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