大面积高效稳定有机太阳能组件研究获进展

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文章导读

有机太阳能电池虽已突破20%的单结效率，但从实验室走向商业化组件，ITO阳极与自组装单分子层之间的脆弱界面始终是拦路虎。中科院宁波材料所提出“分子锁定”策略，通过真空沉积InClx中间层并触发配体交换反应，重构界面为稳健的三齿配位网络，兼顾覆盖均匀性与抗老化能力。小面积器件效率达20.4%，15.6平方厘米模块孔径效率17.88%，封装器件在2000小时追踪后仍保持超85%初始效率。这一通用界面平台能否真正破解效率、稳定性与可规模化之间的三角难题？

— 内容由好学术AI分析文章内容生成，仅供参考。

有机太阳能电池具有溶液加工、柔性、低成本和大面积制造的潜力，单结器件光电转换效率超过20%。但从实验室小面积电池走向商业化组件，仍受限于铟锡氧化物（ITO）阳极与膦酸自组装单分子层（SAM）之间的不稳定界面。

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所在前期大面积太阳能电池组件研究的基础上，提出了一种基于配体交换反应的“分子锁定”策略。研究通过真空沉积InClx中间层重构商用铟锡氧化物与膦酸自组装单分子层之间的界面，经热退火触发配体交换反应，Cl^–作为牺牲离去基团，与膦酸基团释放的H⁺结合为HCl挥发，驱动形成稳健的三齿In-O-P配位网络。该过程将原本无序、低亲和力的ITO-SAM界面，转化为密集、高反应活性的锚定模板，实现近理想的单层覆盖。结果表明，InClx可抑制膦酸自组装单分子层聚集、提高覆盖均匀性、提升功函，增强抗溶剂冲洗和热老化能力。同时，该策略对膦酸类膦酸自组装单分子层具有通用性。

基于这一分子锁定界面，小面积有机太阳能电池光电转换效率达20.4%，开路电压0.888 V，短路电流密度28.8 mA/cm²，填充因子79.6%，平均效率19.9%。在15.6 cm²孔径面积模块中，获得17.88%的孔径效率，有效面积效率超过18.8%，第三方认证孔径效率17.2%。在稳定性方面，封装器件在ISOS-L-1协议下最大功率点跟踪2000小时后保持超过85%初始效率，模块在连续光照600小时后保持超过95%，75°C热老化1000小时后保持超过90%，ISOS-L-3下T80寿命超过700小时。

这项研究为高效、稳定、可规模化有机光伏组件提供了通用界面平台，有望突破效率—稳定性—可扩展性三角难题。

相关研究成果发表在《焦耳》（Joule）上。研究工作得到国家自然科学基金等的支持。

大面积高效稳定有机太阳能组件研究获进展