新型透明電極材料助推有機光伏技術走向市場

近日，東華大學先進低維材料中心特聘研究員唐正課題組展示了一種全新溶液法制備的透明導電薄膜材料，明確了薄膜的導電機制，并使用該薄膜材料作有機光伏器件的陰極，實現了器件的“免氧化銦錫(ITO) ”發展，為促進有機光伏技術的市場化發展提供了新思路。相關研究成果已發表于《自然—通訊》。

有機光伏器件的透明電極材料主要是ITO，而銦元素是稀有元素，因此，ITO的使用會大幅提高有機光伏器件的制造成本，阻礙其市場化發展。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。因此，開發性能更為優異的，可替代ITO的透明導電材料對有機光伏器件市場化發展極為重要。

為此，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。

“這項研究基于溶液加工ZnO，開發出具有高導電率和高光學透過率的透明導電薄膜材料，基于這一材料構建的有機光電器件表現出優異的性能，相信會對有機光伏技術的市場化發展起到很好的促進作用。”唐正說。