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近日，国家纳米科学中心周惠琼研究员团队采用溶胶凝胶法制备出一种铱/氧化铱（Ir/IrOx）纳米粒子。
在经典模型体系 PM6:Y6 器件中，Ir/IrOx 器件的存储稳定性 T90（器件效率降至初始效率 90% 的时间）大于一万小时，线性拟合 T80 为 56696 小时；在 60℃下加热之后，其老化稳定性 T70 大于一万小时，线性拟合 T70 为 13920 小时。在目前的实验测试中，Ir/IrOx 器件是存储寿命和热稳定性寿命最长的有机光伏电池。
作为一种新型电子传输材料，在热循环和紫外线照射下，Ir/IrOx 器件也展现出优异的稳定性，因此有望应用于极端条件的工作环境。
由于 Ir/IrOx 材料不具备光催化性质和相应的活性层，因此其拥有更稳定的组分分布和形貌。在暗置存储、热老化和最大功率点跟踪等老化条件下，Ir/IrOx 器件的寿命均得到了显著延长。
得益于该材料合适的功函数、非均一性的微观表面能分布、以及光学调控作用，基于 Ir/IrOx 纳米颗粒的器件展现出更优异的光电性能。与 ZnO 器件相比，该器件可以获得改善之后的电荷提取和抑制的电荷复合，进而提升器件效率。
据介绍，本次课题的立项原因在于：随着有机太阳能电池器件效率的飞速提升，器件稳定性较差是制约其商业化应用的关键所在。金属氧化物 ZnO 具有合适的功函数、良好的光透过率、高效的电子传输能力等优点，是溶液法光伏器件阴极界面常用的电子传输材料。然而，由于这类材料具有光催化特性，在长期光照下易诱导活性层的界面降解，从而影响器件的长期稳定性，因此非常有必要对界面光降解进行抑制。
研究中，先是进行了材料制备和表征，包括对 Ir/IrOx 纳米粒子薄膜制备工艺的优化，以及对纳米粒子一系列性质的探索，这让对这一类材料有了清楚且全面的认知。
接着便是太阳能电池器件的制备，该团队将纳米粒子应用到反式结构有机太阳能电池之中，通过大量的器件优化实验、以及器件物理的表征，将前一阶段总结的材料性质与光伏器件性能联系起来。
随后则要进行太阳能电池的稳定性研究，这也是最为关键的一个阶段。期间，课题组从储存稳定性、热老化稳定性、最大功率点（MPP，Maximum Power Point）稳定性、热循环稳定性、以及紫外光照稳定性等方面入手，全面研究了纳米电子传输材料对于器件稳定性的影响。
同时，还将元素分析、形貌表征和器件物理测试相结合，借此阐明电子传输层在器件老化过程中发挥的作用。
最终，相关论文以"Lifetime over 10000 hours for organic solar cells with Ir/IrOx electron-transporting layer"为题发在《Nature Communications》上 。国家纳米科学中心博士生李彦勋和硕士生黄博是共同一作，周惠琼研究员担任通讯作者。
后续，课题组打算“乘胜追击”。周惠琼说：“当下我们在实验室里已经可以采用刮涂的方法，来制备 Ir/IrOx 纳米粒子的薄膜。但是，要想实现有机太阳能电池的产业化，除了提高器件的稳定性以外，制备高效的大面积器件则是另一个绕不开的话题。因此，未来我们打算把 Ir/IrOx 纳米粒子推广至大面积的有机太阳能电池之中。”
原文链接
https://doi.org/10.1038/s41467-023-36937-8
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