苏州纳米所马昌期ACS苯并三唑自组装层助力 85℃/1000h 效率 86%

主要内容

提升有机太阳能电池（OSCs）的热稳定性是推动其实际应用的关键前提。对此，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所马昌期研究员带领其团队展开针对性攻关，通过在聚合物共混物表面旋涂组装苯并三唑（BTA）分子层并将其引入 ZnO / 活性层界面，显著提升了器件热稳定性，系统阐明了 BTA 在增强 OSCs 热稳定性中的核心作用。

实验结果表明，当 BTA 浓度为最优值 2 mg/mL 时，对器件初始光电转换效率（PCE）影响极小，却能有效抑制三氧化钼（MoO₃）的扩散及其与 ZnO 的不良相互作用，进而同步缓解能级失配、减少界面复合损失，并显著抑制长时间退火过程中开路电压（Voc）与填充因子（FF）的衰减。值得关注的是，经 150℃热压封装的 BTA 修饰器件，在 85℃严苛热退火 1000 小时后仍能保留初始效率的 86%，而未修饰器件的效率保留率仅为 70%；为进一步突破高温稳定性极限，团队创新性采用 BTA 与三（4 - 咔唑基 - 9 - 基苯基）胺（TCTA）进行双重界面修饰，实现了器件双界面的协同稳定，在 150℃极端高温退火 400 小时后，器件效率保留率仍高达 72%，展现出优异的耐高温性能。

飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）、X 射线光电子能谱（XPS）及紫外光电子能谱（UPS）的联合表征证实，BTA 分子会在 ZnO 界面自组装形成致密保护层，既有效阻挡 MoO₃的界面扩散，又显著降低 ZnO 表面吸附氧含量，并将其功函数从裸 ZnO 的 4.54 eV 精准调控至 4.42 eV，优化了界面电荷注入与传输动力学。电学表征进一步表明，BTA 修饰器件的陷阱辅助复合损失显著降低，载流子寿命明显延长，为器件高效稳定运行提供了核心保障。

马昌期研究员团队的这项研究，不仅凸显了阴极界面工程对 OSCs 稳定性的关键调控作用，更创新提出了 “单一修饰 - 双重协同” 的界面优化思路，为规模化制备适应实际工作环境（如高温、长时服役）的高耐用性光伏器件，提供了一种可溶液加工、低成本且切实可行的界面工程策略，对推动有机太阳能电池的产业化进程具有重要意义。

文献信息

Self-AssembledBenzotriazoleInterlayerStabilizesZnO/PolymerInterfacesEnablesThermallyRobustOrganicSolarCells

QianXi，JiajunHong，JianQin，MuhammadJawad，NaWu，OskarJ.Sandberg，RongHuang，ZhiyunLi，RonaldÖsterbacka，Chang-QiMa

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c18226