東華大學開發出高導電率和高光學透過率新型透明電極材料 助推有機光伏技術發展
【化工儀器網 項目成果】有機光伏材料是指通過光伏作用將太陽能或其他光能直接轉換為電能的有機材料。有機光伏電池是一種以有機半導體作為實現光電轉換的新型太陽能電池，具有成本低、厚度薄、質量輕、制造工藝簡單、可做成大面積柔性器件等優點，具有廣闊的發展和應用前景，是新材料和新能源領域主要研究方向之一。
有機光伏器件中的透明電極通常基于氧化銦錫(ITO )，然而銦元素是稀有元素，隨著ITO使用需求的增大，有機光伏器件的制造成本大幅提高，不利于機光伏技術市場化發展。因此，尋找可替代的透明電極是當務之急。目前常見的ITO替代材料有導電聚合物、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，限制了其在有機光伏器件中的應用。
東華大學先進低維材料中心特聘研究員唐正課題組與蘇黎世應用科技大學教授Wolfgang Tress合作，通過多次沉積法及紫外光摻雜效應，大幅提高了溶膠凝膠法制備的ZnO(氧化鋅)薄膜的導電率(高至460西門子)，并成功將其用于構建器件，實現了免ITO有機光伏器件性能的突破。
研究人員通過電鏡和光譜學表征手段，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，通過設計多次沉積工藝，制備多層薄膜，提升了ZnO薄膜中的氧空位濃度，在維持了高光學透過率的前提下，提高了其導電率。
研究人員最終將多層ZnO薄膜用作透明電極構建了有機光伏器件。測試結果顯示，得益于多層ZnO電極的高導電率以及高光學透過性，基于ZnO的有機光伏器件展現出了優異的，可媲美基于ITO電極的光電轉換性能。
相關研究成果A Transparent Electrode Based on Solution-Processed ZnO for Organic Optoelectronic Devices于近日發表于《自然—通訊( nature communications)》。
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