我院陈义旺/胡笑添教授团队在《Adv. Funct. Mater.》上发表最新研究成果

Adv. Funct. Mater.：通过ZnO表面能调节，从而提高大面积倒置有机光伏的均匀性和效率（DOI: 10.1002/adfm.202402680）

有机太阳能电池（OSCs）因其重量轻、制造简单、颜色可变以及大面积和柔性器件生产的潜力，在光伏和柔性可穿戴设备中的应用前景广阔。自从引入Y-系列分子以来，OSCs的功率转换效率（PCE）已经超过20%，尽管这一成就主要是在使用小面积和卤化溶剂的正向结构中实现的。为了推进有机光伏的商业化，通过全空气印刷，并使用环保的绿色溶剂进行大面积模块制备至关重要。一些具有暴露的低功函数电极和空气不稳定的电子传输层（ETL）材料（例如PDINN）的传统设备，并不适合全空气印刷。相反，倒置器件（低功函数电极位于内部）与大面积模块的全空气印刷更兼容。然而，无论是在实验室的小面积设备还是在工业的大面积模块中，倒置结构的PCE仍落后于正向结构的PCE。因此，提高基于倒置结构的器件和模块的PCE对于提高有机光伏在太阳能领域中的市场份额具有重要意义。

基于此，南昌大学的陈义旺和胡笑添等人使用电负性苯酚系列醇溶液（苯酚、酚红、邻苯二酚紫、酚红钠盐）优化了ZnO界面，以增强活性层的印刷形态。优异的润湿性不仅加速了溶剂的蒸发，并且增加了印刷过程中弯曲液体表面的曲率半径，使液滴的蒸发更加均匀，从而形成了均匀的大面积活性层薄膜。同时，酚系醇溶液中的羟基（-OH）与ZnO中的氧缺陷相互作用，形成更稳定的化学键，从而减少了电荷络合，并与活性层中受体小分子中的N形成氢键，诱导小分子向下运动，使得活性层具有更好的结晶和分子取向。结果表明，在ZnO/邻苯二酚紫ETL上印刷的活性层薄膜在小面积和大面积（25 cm2）上都比在ZnO ETL上印刷更均匀。用ZnO/邻苯二酚紫ETL制备的PM6:BTP-eC9（o-XY）小面积器件的PCE达到了18.8%，高于原始的ZnO器件（17.20%）。并且其大面积模块（25cm2）的PCE也达到15.87%，略高于正向结构（15.83%），这也表明了通过印刷制备大面积模块的可行性。总之，该课题组采用界面改性策略提高了ZnO界面的表面能，优化了活性层薄膜的印刷形态，从而形成了结晶度和分子取向更好的均匀大面积活性层薄膜。该策略通过与氧缺陷相互作用形成更稳定的化学键，有效地减少了ZnO表面上的缺陷，从而提高了载流子传输效率。苯酚系列中的羟基与受体小分子中的氮形成氢键，导致受体分子向下移动，提高了器件的性能。最终，基于PM6:BTP-eC9（o-XY）的小面积倒置器件的PCE达到18.80%，大面积模块达到15.87%，略高于正向结构（15.83%）。此外，由于邻苯二酚紫有效地去除了ZnO中的羟基，因此邻苯二酚紫改性器件的稳定性也得到了增强，在1000小时后依旧分别保持了初始效率的80%和70%。

[三审三校：邓泽阳 蒋平 袁凯]