表面能 (γ s ) 在溶液法制造的有機(jī)太陽能電池中體異質(zhì)結(jié) (BHJ) 薄膜的形成中起著關(guān)鍵作用。BHJ 薄膜的混溶性可以通過施主和受主之間的表面能差異來預(yù)測。BHJ 薄膜的垂直分布和堆疊取向可以通過底部界面層的表面能來調(diào)節(jié)。薄膜的表面能通常通過使用 Owens-Wendt 模型測量接觸角來獲得。

然而，這種測量方法不能反映納米級范圍內(nèi)的表面能分布，也不能直接解釋BHJ結(jié)構(gòu)中的納米級堆積和相分離。

最近，一個由教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組。中國科學(xué)院(CAS)國家納米科學(xué)中心(NCNST)的周慧瓊、邱曉輝和張勇提出了研究有機(jī)太陽能電池界面層納米級表面能分布調(diào)控的新策略。該研究發(fā)表在《焦耳》上。

研究人員使用基于 AFM 的峰值力定量納米力學(xué)映射 (PFQNM) 技術(shù)來表征有機(jī)太陽能電池中空穴傳輸層的納米級表面能分布。他們發(fā)現(xiàn)通過摻雜不同橫向尺寸的MoS 2納米片可以有效調(diào)節(jié)poly3,4-亞乙基二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT:PSS)的表面能分布，并可以擴(kuò)大PEDOT:PSS分布的不均勻性。表面能的異質(zhì)分布(HeD-SE)可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)活性層的分子分布、晶體取向和相分離。

由于HeD-SE對活性層形態(tài)的優(yōu)化，有機(jī)太陽能電池的性能和穩(wěn)定性得到了提高，最佳功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)為18.27%。此外，PCE 的增強(qiáng)率與 BHJ 中 Δγ s的增大成正比。

周教授的研究小組一直致力于接口操縱在溶液加工的有機(jī)太陽能電池，并進(jìn)行了一系列的研究，在表面能量調(diào)節(jié)有機(jī)太陽能電池。研究人員首先通過在 PEDOT:PSS 中加入 WO x納米粒子，在有機(jī)太陽能電池中實(shí)現(xiàn)了 80% 的高填充系數(shù)。然后他們探索了活性層的堆疊取向、有機(jī)太陽能電池的性能和界面層的表面能之間的關(guān)系。界面改性策略用于研究倒置器件中的電子傳輸層，并已用于鈣鈦礦太陽能電池。通過使用生物聚合物肝素鈉修飾表面 能，鈍化鈣鈦礦太陽能電池的界面缺陷，提高PCE和穩(wěn)定性。

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