[鲜花]近日，中国科学院国家纳米科学中心研究员周惠琼课题组与研究员裘晓辉、张勇课题组合作，在有机太阳能电池界面层的纳米级表面能分布调控方面取得新进展。相关研究成果发表于Joule杂志（Joule, 2021, https://t.cn/A6MKVBBC）。

[太阳]在溶液法制备的有机太阳能电池中，表面能对体异质结薄膜形貌的形成起到关键作用。通过给体与受体的表面能差异可以预测有机本体异质结（BHJ）薄膜中两相的混溶性，而底部界面层的表面能可以调节体异质结的垂直分布和分子堆积取向。薄膜的表面能常采用Owens-Wendt模型通过测量接触角的方法得到，但这种测试方法无法反映纳米尺寸范围内的表面能分布，无法直接解释体异质结结构中纳米级的堆积和相分离变化。

周惠琼课题组长期致力于溶液法太阳能电池的界面研究，针对界面层表面能的调控开展了一系列的研究。通过引入氧化钨（WOx）纳米颗粒提高了聚3，4-乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）空穴传输层的表面能，并在有机非富勒烯太阳能电池中实现了80%的填充因子。而后进一步深入探究了活性层堆积取向、界面层表面能与器件性能之间的关系，并将此界面修饰策略应用于反型器件电子传输层研究之中。此外，该策略也能应用于钙钛矿太阳能电池，采用生物聚合物肝素钠改善了电子传输层的表面能，钝化了界面缺陷，同时提高器件的效率和稳定性。

在前期工作的基础上，该研究团队利用基于原子力显微镜的峰值力定量纳米力学模式（PFQNM）技术，成功表征了有机太阳能电池空穴传输层表面的纳米级表面能分布。研究中发现，掺杂不同横向尺寸的MoS2纳米片，可以有效调控PEDOT:PSS层的表面能微观分布，增强表面能分布的非均一性。这种非均一性的纳米级表面能分布可以进一步调控活性层的分子排列和结晶取向，调控活性层给体和受体间的相分离。由于表面能分布调控策略对活性层形貌的优化，太阳能电池器件的性能和稳定性均得到提升，并实现了18.27%的光电转换效率（经中国计量科学研究院认证的效率为17.80%）。当给受体之间表面能之差越大，该策略对其器件效率的提升率越高。

上述研究工作得到了其他合作者的支持，以及科技部、国家自然科学基金委和中科院相关项目等的资助。

有机太阳能电池（PSC）是一种具有环保低能耗、轻量低成本柔性、可溶液加工和大面积印刷制备等诸多优势的太阳能电池，对后续太阳能资源的开发有着重要价值。

一、背景

随着人类社会的发展，越来越多的不可再生能源遭到了破坏和过度使用，寻求一种清洁的可再生能源将成为后续发展的重要课题与方向，而太阳能资源的开发和光伏技术的应用使得太阳能电池成为最具发展潜力的光电技术之一。目前使用最为广泛的是晶体硅太阳能电池，这种太阳能电池具有高光电转换效率和稳定的环境适应性等优点，但是高昂的制备成本和严重的能源损耗限制了其进一步发展。而有机太阳能电池则可以较好的克服以上缺陷，发挥出自己独到的优势。

二、PSC的结构

迄今为止最常见的PSC结构为BHJ结构，1995年，Yu G等人采用溶液法将MEH-PPV与PCBM共混制备了BHJ器件，其连续互穿的网络结构实现了给受体材料的充分接触，有效解决了激子传输距离受限的问题。该器件是一种由阴极、混合活性层、阳极堆叠而成的器件，其中混合活性层对电池性能起着至关重要的作用。这种器件可溶液加工的方法使PSC向实用化更进了一步。

三、PSC的工作原理

PSC的工作原理主要是光生伏特效应，具体工作过程如下：活性层中的给体材料吸收光子后产生激子，并扩散迁移到给受体界面处。由于激子的结合能小于给受体材料的能级差，激子在界面处发生解离。解离后的电子和空穴在内电场的作用下分别沿聚合物给体相和受体相传输到相应的电极附近，随后被收集形成光电流和光电压。这也就意味着该器件成功地将太阳能转换成电能。

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我的大部分视频谁都可以剪，只有半醒算是我独一无二的作品，最不擅长讲故事，是一点一点把它磨出来的。最用心的视频得到最好的数据是非常安慰的一件事，毕竟我一直都是 沙雕摸鱼喜闻乐见，认真剪频无人问津。也许有一天我也会去哪个圈子搞低创，但至少现在我还想做一些更好的东西。

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