使用氧化锡的有机太阳能电池的优异性能

有机太阳能电池具有由聚合物和小分子制成的光活性层。细胞非常薄，可以灵活，并且易于制作。然而，这些电池的效率仍远低于传统的硅基电池。

格罗宁根大学的应用物理学家现在已经制造出一种效率超过17%的有机太阳能电池，这是这种材料的最高范围。它的优点是使用使用可扩展技术生产的不寻常的设备结构。该设计涉及通过原子层沉积生长的氧化锡导电层。科学家们还提出了一些进一步提高细胞效率和稳定性的想法。研究结果在31月<>日的《先进材料》杂志上进行了描述。

在有机太阳能电池中，聚合物和小分子将光转化为电荷，这些电荷在电极上收集。这些电池由不同层的薄膜制成 - 每个都有自己的特性 - 堆叠在基板上。最重要的是光活性层，它将光转化为电荷并将电子与空穴分离，以及传输和阻挡层，它选择性地将电子引导到电极。

稳定性

“在大多数有机太阳能电池中，电子传输层由氧化锌制成，氧化锌是一种高度透明和导电的材料，位于活性层下方，”格罗宁根大学Zernike先进材料研究所光物理和光电子学组的博士生David Garcia Romero说。Garcia Romero和同一小组的博士后研究员Lorenzo Di Mario致力于使用氧化锡作为运输层的想法。“氧化锌比氧化锡更具光反应性，因此，后者应该导致更高的器件稳定性，”他解释说。

尽管氧化锡在以前的研究中显示出有希望的结果，但尚未找到将其生长成适合有机太阳能电池的运输层的最佳方法。“我们使用原子层沉积，这种技术在有机光伏领域已经很长时间没有使用了，”Garcia Romero说。然而，它有一些重要的优势：“这种方法可以生长出质量卓越的层，并且可以扩展到工业过程，例如卷对卷加工。

可 伸缩

用氧化锡通过原子层沉积在顶部制成的有机太阳能电池显示出非常好的性能。

“我们实现了17.26%的冠军效率，”加西亚·罗梅罗说。填充因子是太阳能电池质量的重要参数，其值高达79%，与此类结构的记录值一致。此外，氧化锡层的光学和结构特性可以通过改变材料沉积的温度来调整。在具有沉积在140摄氏度的传输层的电池中达到了最大功率转换。在两个不同的活性层上证明了相同的结果，这意味着氧化锡以通用方式提高了效率。

“我们的目标是使有机太阳能电池更高效，并使用可扩展的方法，”Garcia Romero说。效率接近目前有机太阳能电池的记录，约为19%。“而且我们还没有优化其他层。因此，我们需要进一步推动我们的结构。加西亚·罗梅罗(Garcia Romero)和他的合著者洛伦佐·迪·马里奥(Lorenzo di Mario)也热衷于尝试制造更大面积的细胞。这些通常效率较低，但需要迈向实际应用和面板。

具有令人印象深刻的高填充因子的新型太阳能电池是进一步发展的良好起点。加西亚·罗梅罗(Garcia Romero)观察到：“工业合作伙伴现在承担这项工作可能还为时过早;我们需要先做更多的研究。我们希望我们对原子层沉积的使用将激励该领域的其他人。

“我们一直在努力了解材料和设备结构中发生的事情，”Loi教授补充道。“在这方面，我们认为可能有改进的余地。在这个过程中，我们的氧化锡传输层是一个很好的第一步。

这类太阳能电池由于其机械性能和透明度，可能对能源转型做出重要的额外贡献。“我们预计它们的使用方式将与硅面板完全不同，”Loi说。“我们目前需要更广泛地思考和开箱即用。

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