浙大李昌治团队AM：稳定可持续使用的铟阳极助力高效稳定有机太阳能电池

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前言回顾

近年来，有机太阳能电池（OSCs）引起了学术界和工业界的广泛关注，目前单结电池已经超过了19%的功率转换效率（PCE）。为了促进其实际发展，低成本和长期稳定性仍然是需要解决的关键性问题。其中氧化铟锡（ITO）是OSCs器件中成本最高且不可持续使用的组件之一，从用过的光电子中回收铟对支持新型太阳能电池的可持续发展具有重要意义。同时，在OSCs中，ITO电极处电荷提取界面的快速退化仍然阻碍了器件的操作稳定性。例如，ITO阳极的经典空穴传输层（HTL），由PEDOT:PSS的聚合物混合物组成，具有一定的酸性因而会侵蚀降解ITO。此外，在热应力下，随着时间的推移，PEDOT会与吸湿性PSS发生脱混，这可能会恶化PEDOT:PSS HTL的电导率和能量学，从而损害基于PEDOT:PSS/ITO的OSCs器件性能。然而，目前对于这方面挑战的研究和解决方法相对较少。

图1. 从光电子废料中回收铟开发OSCs

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文献简介

有鉴于此，近日，浙江大学李昌治教授研究团队开发了一种可持续的方案，即从废弃的光电子中回收铟材料，并用以构建高性能、稳定的OSCs器件。研究表明，通过氧化铟（In2O3）废料与氯化铵（NH4Cl）之间的热反应，可以有效地回收可升华的氯化铟（InCl3）。研究进一步证明，通过简单的处理，回收的InCl3可以用作ITO阳极的空穴界面层。通过表面氯化和低温结晶，薄InCl3晶体层修饰的ITO电极（以下称为InCl3-ITO阳极）不仅促进了与光活性层混合物的能级匹配，而且在没有额外HTL的情况下减轻了相应OSCs的寄生吸收和电荷复合损失。这主要是因为与常用的PEDOT:PSS HTL相比，InCl3层具有优异的透光率和操作稳定性，从而提高了光子利用率和相应OSCs的寿命。

图2. OSCs的光伏性能

结果显示，采用InCl3-ITO阳极组成的基于PM6:L8-BO二元OSCs在获得了18.92%的高PCE，优于基于PEDOT:PSS/ITO（PCE为18.39%）和裸ITO（PCE为16.08%）的OSCs。研究发现，InCl3-ITO阳极与许多具有不同能量学的光活性混合物相容，从而提高了相应OSCs的性能。此外，研究人员还通过水浸泡策略成功地制备了具有优异均匀性和光电性能的大面积InCl3-ITO衬底，进而获得了PCE为15.20%（活性面积为18.73  cm2）的高性能OSCs组件。这些结果代表了迄今为止性能最好的二元OSCs器件。更重要的是，InCl3-ITO阳极可以显著延长OSCs的热稳定性，由实验结果推测的T80寿命约为10000小时。然而，当使用不到100小时，基于PEDOT:PSS/ITO阳极（在85℃下）的OSCs的PCE迅速衰减到初始值的78%。

图3. OSCs的热稳定性和性价比相关性

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文献总结

综上，该工作提供了一种可持续的方法，有助于获得高性能、稳定和低成本的OSCs。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Materials》上，题为“Robust and Sustainable Indium Anode leading to Efficient and Stable Organic Solar Cells”。

本文关键词：有机太阳能电池，阳极界面层，铟回收，高稳定性。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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