新型透明電極材料助推有機(jī)光伏技術(shù)走向市場

近日，東華大學(xué)先進(jìn)低維材料中心特聘研究員唐正課題組展示了一種全新溶液法制備的透明導(dǎo)電薄膜材料，明確了薄膜的導(dǎo)電機(jī)制，并使用該薄膜材料作有機(jī)光伏器件的陰極，實(shí)現(xiàn)器件的“免氧化銦錫（ITO）”發(fā)展，為促進(jìn)有機(jī)光伏技術(shù)市場化提供新思路。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《自然—通訊》。

有機(jī)光伏器件的透明電極材料主要是ITO，而銦元素是稀有元素，因此，ITO的使用會大幅提高有機(jī)光伏器件的制造成本，阻礙其市場化發(fā)展。目前常見的ITO替代材料有導(dǎo)電聚合物、金屬納米線、摻雜金屬氧化物等。然而，這些材料通常在近紅外波段具有較高的吸收系數(shù)，限制了其在有機(jī)光伏器件中的應(yīng)用。因此，開發(fā)性能更為優(yōu)異的，可替代ITO的透明導(dǎo)電材料對有機(jī)光伏器件市場化發(fā)展極為重要。

為此，唐正課題組與蘇黎世應(yīng)用科技大學(xué)教授Wolfgang Tress合作，通過多次沉積法及紫外光摻雜效應(yīng)，大幅提高溶膠凝膠法制備ZnO（氧化鋅）薄膜的導(dǎo)電率（高至460西門子），并成功將其用于構(gòu)建器件，實(shí)現(xiàn)了免ITO有機(jī)光伏器件性能的突破。

研究人員通過電鏡和光譜學(xué)表征手段，明確了溶膠凝膠法制備的ZnO薄膜在紫外光摻雜作用下導(dǎo)電率的提升，源自ZnO晶體中的氧空位對光生空穴的捕獲作用。隨后，作者推斷氧空位的形成局限于ZnO晶體的表界面處，因此，通過設(shè)計(jì)多次沉積工藝，制備多層薄膜，提升了ZnO薄膜中的氧空位濃度，在維持高光學(xué)透過率的前提下，提高其導(dǎo)電率。

研究人員最終將多層ZnO薄膜用作透明電極構(gòu)建了有機(jī)光伏器件。測試結(jié)果顯示，得益于多層ZnO電極的高導(dǎo)電率以及高光學(xué)透過性，基于ZnO的有機(jī)光伏器件展現(xiàn)出了優(yōu)異的，可媲美基于ITO電極的光電轉(zhuǎn)換性能。相信未來會對有機(jī)光伏技術(shù)的市場化發(fā)展起到很好的促進(jìn)作用。