與晶體硅、III-V 族等無機太陽能電池相比，可印刷製備、機械柔性優異是有機太陽能電池的核心優勢。近年來，有機太陽能電池的效率快速提升，已經超過 17%。然而，在這些高效率器件結構中，其電極主要採用真空蒸鍍的金屬作為頂電極，整個電池尚未能實現溶液塗覆/可印刷製備。對於全溶液加工製備有機太陽能電池，面臨的關鍵問題包括：（1）溶液加工的相鄰層界面間存在難以浸潤或層間洗滲的問題；（2）能級失配導致的界面處難以實現高效電荷傳輸與收集的問題。因此，如何設計可全溶液加工的有機太陽能電池的器件結構，改善各層間的加工兼容性和實現層間界面處的高效電荷傳輸，是實現高效率的關鍵。
華中科技大學武漢光電國家研究中心周印華（點擊查看介紹）課題組設計並製備了一種從基底到頂電極均可實現溶液加工的高效率柔性有機太陽能電池，以高性能非富勒烯有機半導體組合（PBDB-T-2F:IDIC:Y6）為活性層，以PEDOT:PSS為頂電極。通過引入同樣是溶液加工的氫鉬青銅（HXMoO3），可解決非富勒烯活性層和 PEDOT:PSS 電極之間的潤溼能力，同時改善空穴的電荷提取能力。需要指出的是，合成過程中HXMoO3的組分調控非常關鍵，插氫含量過高的HXMoO3易被上層PEDOT:PSS的水溶液洗去，從而難以實現高性能器件的製備。另外，對於底電極，將銀納米線（AgNWs）嵌入至聚酰亞胺薄膜基底中，提升底電極的平整度，保證上層薄膜的平整製備。
最終，該團隊實現了效率為 11.9% (0.04 cm2)和10.3% (1 cm2)的全溶液加工的柔性非富勒烯有機太陽能電池。相比於常規的有機太陽能電池結構（分別以ITO和真空蒸鍍的金屬為底和頂電極），全溶液加工型結構充分展現了有機太陽能電池的核心優勢，拉近走向其產業化應用的距離。
相關結果在線發表在Advanced Materials 上，文章的第一作者為華中科技大學博士研究生孫露露和曾文武。
Flexible All-Solution Processed Organic Solar Cells with High-Performance Nonfullerene Active Layers
Lulu Sun, Wenwu Zeng, Cong Xie, Lin Hu, Xinyun Dong, Fei Qin, Wen Wang,Tiefeng Liu, Xueshi Jiang, Youyu Jiang, Yinhua Zhou*
Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.201907840
周印華教授簡介
周印華：華中科技大學教授，博士生導師。2003和2008年分別取得吉林大學取得學士和博士學位，2007-2008在瑞典林雪平大學學習交流一年，2009年至2013年在佐治亞理工學院從事博士後研究工作，2013年9月起就職於華中科技大學，主要從事有機光電子材料與器件方面的研究工作。目前已在Science, Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等雜誌上發表學術論文120餘篇，被引用5000餘次。研究方向：有機光電材料與器件，印刷太陽能電池，導電聚合物電極，器件界面調控。
https://www.x-mol.com/university/faculty/75357
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