袁帥+宋爽

摘 要：聚合物太陽(yáng)能電池的技術(shù)經(jīng)歷了三十多年的研究，目前在陰極界面修飾層材料方面有了長(zhǎng)足發(fā)展，光電轉(zhuǎn)換效率得以不斷提高。同時(shí)，有關(guān)其陰極界面修飾材料的作用機(jī)理探討也在不斷深入。

關(guān)鍵詞：聚合物太陽(yáng)能電池；界面修飾；光電轉(zhuǎn)換效率

引言

太陽(yáng)能是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，具有儲(chǔ)量大、分布廣、災(zāi)害系數(shù)低等特點(diǎn)，是當(dāng)前新能源開(kāi)發(fā)利用的重點(diǎn)。光伏太陽(yáng)能電池作為一種高效的太陽(yáng)能利用產(chǎn)品，應(yīng)用前景不容小覷。在太陽(yáng)能電池市場(chǎng)中，目前占主導(dǎo)的是無(wú)機(jī)硅基太陽(yáng)能電池。然而有機(jī)太陽(yáng)能電池具有全固態(tài)、光伏性能可調(diào)范圍寬、半透明、可制成柔性器件以及可大面積印刷生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，受到了越來(lái)越多的關(guān)注。

當(dāng)前，圍繞聚合物太陽(yáng)能電池的熱點(diǎn)研究方向之一，即是通過(guò)改良界面修飾層減小電荷分離/收集的障礙以形成歐姆接觸提升光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）。本文總結(jié)了最近幾年不同結(jié)構(gòu)的陰極界面修飾材料以及作用機(jī)制的最新研究進(jìn)展。

1 聚合物太陽(yáng)能電池陰極界面修飾材料

目前，已報(bào)道的聚合物太陽(yáng)能電池陰極界面修飾材料，主要包括：非共軛有機(jī)陰極界面修飾材料和π共軛有機(jī)陰極界面修飾材料。

一方面，非共軛有機(jī)陰極界面修飾材料包括：由美國(guó)佐治亞理工大學(xué)的Bernard Kippelen課題組發(fā)現(xiàn)的飽和胺類聚合物[1]；由哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究院的鄧先予課題組獲得的氨基酸多肽[2]；由中國(guó)科學(xué)院寧波材料研究所葛子義課題組報(bào)道的季銨磺酸鹽兩性離子[3]。

另一方面，π共軛有機(jī)陰極界面修飾材料包括：由四川大學(xué)彭強(qiáng)課題組設(shè)計(jì)合成的基于芴的共軛小分子[4]；由中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所王吉政課題組報(bào)道的 酰亞胺衍生物[5]；馬薩諸塞大學(xué)安姆斯特分校Todd Emrick課題組獲得的萘酰亞胺衍生物等[6]。

2 界面修飾層的工作機(jī)制

目前，針對(duì)界面修飾材料在界面層發(fā)揮作用的機(jī)理較為通用的解釋是：極性的界面修飾材料分子在電極表面定向排列產(chǎn)生了界面偶極，影響了相鄰的金屬內(nèi)部電荷的分布，從而降低了金屬的費(fèi)米能級(jí)，但是對(duì)這一過(guò)程的研究一直缺乏有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。最近，這一困擾已久的問(wèn)題有了一些突破。

2014年，日本千葉大學(xué)Yasuo Nakayama課題組利用低能紫外光電子譜和光電子產(chǎn)生光譜對(duì)有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池活性層與界面層之間的電子傳輸過(guò)程進(jìn)行了深入的研究，提出了態(tài)密度模型。[7]他們發(fā)現(xiàn)在這些有機(jī)薄膜的能隙區(qū)域存在微弱的態(tài)密度分布，在活性層與電極之間產(chǎn)生了能帶彎曲，降低了電子或空穴的傳輸能壘。

2015年，日本千葉大學(xué)Hiroyuki Yoshida課題組利用低能逆光電子能譜技術(shù)第一次揭示了電子如何從界面修飾層傳遞到電極表面[8]。他們以銀電極和2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲 啉（BCP，21）修飾層為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)了銀電極與BCP之間強(qiáng)烈的相互作用，使得銀-BCP復(fù)合物的最低未占據(jù)電子軌道（LUMO）與銀的費(fèi)米能級(jí)一致，說(shuō)明了這一電子傳遞過(guò)程是發(fā)生在界面層與電極復(fù)合物所形成的LUMO軌道上的。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，世界有機(jī)太陽(yáng)能技術(shù)在逐步提高，未來(lái)有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率有望突破15%的大關(guān)。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要國(guó)內(nèi)外有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的研究人員一起努力，開(kāi)發(fā)出性能更優(yōu)秀的活性層材料和界面修飾材料，同時(shí)解決電池壽命短和耐久性差的問(wèn)題，推動(dòng)有機(jī)太陽(yáng)能電池的領(lǐng)域不斷向前發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，解決人類所面臨的能源短缺問(wèn)題，為我們的日常生活需求帶來(lái)方便。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：袁帥（1988-），女，湖北武漢，助理工程師，碩士，主要從事光伏發(fā)電技術(shù)研究，工作單位：武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所。