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内容

明志科技大学刘舜维团队突破传统,ITO-free有机太阳能电池效率达新高!

Enlitech-顶尖团队评分!

摘要

有机太阳能电池 (OPVs) 因其轻薄、可挠、成本低廉和易于大规模生产的优点,成为太阳能技术的潜力之星。然而,要让 OPVs 真正走向商业化,除了提高能量转换效率 (PCE),还要解决器件在环境中的稳定性问题。明志科技大学电子工程系刘舜维教授领导的研究团队,近期在顶尖期刊《Materials Advances》发表论文,提出了一种新型的 ITO-free 皱褶式 OPV 架构,成功克服了传统 OPV 的稳定性限制,并实现了高效率,为 OPV 商业化迈进一大步。 

研究背景

现今的 OPV 器件通常使用铟锡氧化物 (ITO) 作为透明电极。然而,ITO 材料成本高、脆性大,且长期稳定性较差,这对于追求轻薄、可挠的 OPV 来说是一个很大的障碍。此外,常用的聚合物电洞传输层 (HTL) 在酸性、高吸湿性的环境下容易与 ITO 电极发生交互作用,导致器件性能下降。因此,开发 ITO-free OPV 架构,并采用更稳定的材料,成为提高 OPV 性能和稳定性的重要方向。 

研究方法

团队采用了皱褶式 OPV 架构,将柔性 Parylene 薄膜作为基底,并利用银 (Ag) 和聚合物 (PFN-Br) 制备电极和电子传输层 (ETL),巧妙地绕过了传统 ITO 电极。更重要的是,他们创新性地使用 MoO3/Ag/WO3 多层结构替代 ITO 透明电极,实现了高效的光传输和电荷传输,有效提升了器件的能量转换效率。 

Enlitech 设备助力研究 

团队利用光焱科技 (Enlitech) SS-X 太阳光仿真器 QE-R 量子效率测试系统进行了精密的器件性能测量。SS-X 太阳光仿真器 能够仿真标准 AM 1.5G 太阳光谱,确保测试结果的准确性。而 QE-R 量子效率测试系统则能够精准测量器件的外部量子效率 (EQE),帮助研究人员分析器件的性能瓶颈,进一步优化器件设计。 

Fig1

研究结果与讨论

实验结果显示,该团队研发的皱褶式 OPV 器件具有优异的性能和稳定性。在暗态储存下,器件的能量转换效率 (PCE) 1000 小时内几乎没有衰减。更令人惊艳的是,在模拟太阳光照射下,器件在 48 小时内仍能保持 93% 的初始 PCE,展示了极佳的光稳定性。 

Fig4

未来展望

这项研究的成功,为 OPV 的发展指引了一个新的方向。采用 ITO-free 架构,并结合皱褶式设计,不仅可以有效提高 OPV 的效率,还能大幅提升其稳定性。相信未来,随着研究的深入,这种新型 OPV 器件将有望应用于更多领域,例如可穿戴电子设备、无线传感器、无人机等,为人类的生活带来更多便利和可能。 

Reference

Materials Advances, First published on 25th January 2024 

DOI:10.1039/D3MA01103H 

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