2021年6月30日，科睿唯安(Clarivate)正式发布2021年科技期刊引证报告(Journal Citation Reports)，InfoMat获得首个影响因子--25.405！
摘 要
浙江大学李昌治教授团队报道了一种偶极分子修饰金属氧化物纳米粒子的界面调控方法，这不仅赋予氧化锌纳米粒子优异的溶液分散性和加工性，还使低温溶液加工得到的纳米粒子薄膜具有高导电性，同时调谐界面能带达成高效界面电荷输运，成功制备了基于金属氧化物电子传输层的高性能有机太阳电池（光电转换效率为18.14%），并且电池效率随界面层厚度变化不敏感（5-300 nm）。
文章简介
如何实现光生载流子从半导体界面到电极的高效输运，是太阳电池研究领域的一个共性科学问题。有机太阳电池及多种光电器件中存在有机与无机半导体接触形成的异质界面，由于界面能带失配，电荷陷阱以及界面反应等制约因素，这类异质界面的电荷输运过程成为了限制光电器件性能和寿命的一个瓶颈。围绕以上问题，浙江大学有机半导体实验室李昌治教授课题组发展了自组装共轭分子修饰金属氧化物的界面策略[1][2]，通过分子组装层构筑有机与无机半导体间电荷转移通路，抑制界面反应，助力于提升太阳电池效率和稳定性[3-5]。
近日，浙江大学李昌治教授团队报道了一种偶极分子修饰金属氧化物纳米粒子的界面调控方法，这不仅赋予氧化锌纳米粒子优异的溶液分散性和加工性，还使低温溶液加工得到的纳米粒子薄膜具有高导电性，同时调谐界面能带达成高效界面电荷输运，成功制备了基于金属氧化物电子传输层的高性能有机太阳电池（光电转换效率为18.14%），并且电池效率随界面层厚度变化不敏感（5-300 nm）。更重要的是，该界面策略可有效抑制氧化锌纳米粒子的光催化活性，提升太阳电池的光稳定性（图1）。工作发展了一种有效的界面策略，通过调谐有机-无机界面的电子能带、电荷输运和界面化学稳定性，实现了高效稳定的有机太阳电池，有利于今后进一步发展高性能低成本的光伏电池。
相关论文在InfoMat上以题为“Healing the degradable organic–inorganic heterointerface for highly efficient and stable organic solar cells”在线发表（DOI: 10.1002/inf2.12276）。
图1：(a) 有机共轭偶极分子界面修饰氧化锌纳米粒子和 (b) 相应的有机太阳电池示意图。
研究中发现苯甲酸衍生物可反应修饰氧化物表面的活性羟基悬挂键，从而实现对氧化锌纳米粒子（ZnO NPs）的界面调控，进而调节对应太阳电池的有机-无机界面能带、电荷输运和化学稳定性。在三种偶极自组装分子中（S1, S2和 S3），S3分子具有柔性和亲极性溶剂的乙氧基侧链，通过其修饰的纳米粒子（S3-ZnO NPs）呈现出最佳的溶液分散性和稳定性。低温溶液加工的S3-ZnO NPs电荷传输层具有均匀和光滑的表面形貌，润湿性也得到了改善，更为关键的是电导率高于其他体系，包括一些常用的有机电子传输层材料（图2）。
图2：界面修饰氧化锌纳米粒子。(a) FTIR，(b) DLS，(c) 电导率（ITO/ETLs/Ag），以及 (d)不同溶剂分散液；(e-h) 纳米粒子薄膜的表面形貌和水接触角。
研究结果显示，S3-ZnO NPs为电子传输层时，基于PM6: Y6的光伏器件获得了17.57%的光电转换效率（PCE），并且这类电子传输层的厚度可在大范围（5-300 nm）内调整，而不显著影响光伏器件性能，有利于今后大面积涂布制备光伏器件。值得注意的是，S3修饰ZnO NPs可降低界面功函数，优化界面能级排布，有效地改善了界面电荷输运与提取，从而消除了非理想界面电荷积累与复合（例如未修饰的金属氧化物）导致的太阳电池光浸润效应（图3）。
图3：基于不同氧化锌纳米粒子电子传输层的有机太阳电池。
这一界面策略也适用于不同的光活性层体系，在基于PM6: BO-4Cl二元和PM6: BO-4Cl: Y6-1O三元有机太阳电池器件中可分别获得18.02%和18.14%的高PCE，为当前基于金属氧化物电子传输层有机太阳电池的最高效率之一。更重要的是，通过界面钝化ZnO NPs表面的悬挂羟基，可有效抑制半导体氧化物的光催化活性，基于S3-ZnO NPs的有机太阳电池器件的光稳定性得到显著改善。综上所述，该工作发展了一种有效的有机-无机界面调控策略，并且这一类修饰的氧化锌纳米粒子有望低成本宏量制备，对于今后发展高性能、低成本的有机光伏具有一定积极意义。
该研究在国家自然科学基金和浙江省自然科学基金资助下开展完成。感谢中国科学院苏州纳米与仿生研究所纳米真空互联实验站（Nano-X）在测试与表征方面的技术支持。浙江大学博士研究生陶洋丹和刘浩燃为文章的共同第一作者，共同作者包括朱海明教授和浙江大学有机半导体实验室的陈红征教授和李昌治教授等，其中李昌治教授为通讯作者。
作者简介
李昌治教授
浙江大学
李昌治博士为浙江大学求是特聘教授、博士生导师、国家杰青基金获得者。长期从事有机半导体材料化学和光电转换清洁能源化学方面的基础研究和应用开发，至今发表150余篇SCI论文和授权多项中、美发明专利，论文篇均影响因子大于10，H因子56，连续入选了科睿唯安全球高被引科学家（2019-2021）。
主页：https://person.zju.edu.cn/czli
论文信息
参考文献
1. Li C-Z, Huang J, Ju H, et al. Modulate organic-metal oxide heterojunction via [1,6] azafulleroid for highly efficient organic solar cells. Adv Mater. 2016; 28(33): 7269- 7275. doi:10.1002/adma.201601161
2. Liu H, Liu ZX, Wang S, et al. Boosting organic–metal oxide heterojunction via conjugated small molecules for efficient and stable nonfullerene polymer solar cells. Adv Energy Mater. 2019; 9(34):1900887. doi:10.1002/aenm.201900887
3. Liu Z-X, Yu Z-P, Shen Z, et al. Molecular insights of exceptionally photostable electron acceptors for organic photovoltaics. Nat Commun. 2021; 12(1): 3049. doi:10.1038/s41467-021-23389-1
4. Li Y, Huang X, Ding K, et al. Non-fullerene acceptor organic photovoltaics with intrinsic operational lifetimes over 30 years. Nat Commun. 2021; 12(1): 5419. doi.org/10.1038/s41467-021-25718-w
5. Huang J, Zhao D, Dou Z, et al. Highly efficient ITO-free organic solar cells with a column-patterned microcavity. Energy Environ. Sci. 2021, 14(5): 3010-3018. doi：10.1039/D0EE03387A
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