有机和钙钛矿太阳电池中的界面偶极

Interfacial Dipole in Organic and Perovskite Solar Cells



界面偶极会引起界面处电势和能级的跳变,是各类电子和光电子器件工作机理研究中不可忽视的因素。在理解其效应的基础上,界面偶极可以被用来调控界面能带结构和载流子传输,进而优化、提升各类(光)电器件的性能。我们在与华南理工大学吴宏滨教授团队2011年合作发表的工作(Adv. Mater. 2011, 23, 4636)中证实,有机太阳电池的电极层和活性层之间的界面偶极层可以打破原本短路电流和开路电压之间此消彼长、相互制约而带来的光伏能量转化效率的限制。这一机理引起了国内外同行的关注。在随后的十年间,界面偶极层被广泛应用于有机和钙钛矿等新型太阳电池中,显著推动了领域的发展。但同时,界面偶极的来源和分子结构基础及其在器件中的物理效应与机理理解逐渐出现了一些争议,这些争议限制了界面偶极的进一步优化和它在光电器件中的广泛应用。 为了理清这一领域的认识,我们基于本团队和国内外同行的大量研究工作综述了界面偶极的概念、表征方法及其在有机和钙钛矿薄膜光伏器件中的应用,并提出了未来展望。我们从界面偶极层的静电场物理特征出发,结合多种实验表征技术,阐明了界面偶极方向和强度对器件性能的重要影响。展望未来,我们认为:(1)将界面偶极的原位、工况测量结果和器件数值模拟进行更好的结合,可以建立界面性质和能带结构与器件工作机理之间关系的全面理解;(2)在静电物理场模型之上,界面偶极材料的分子结构与化学性质将对器件的性能产生进一步影响。



A comprehensive, well-organized look at interfacial dipole in organic and perovskite solar cells. The authors offer a framework to understand the dipole effect and explore that effect on device performance.

——Erick Carreira, Editor-in-Chief, Journal of the American Chemical Society



陈琪Qi Chen

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,国际实验室,苏州 215123

i-Lab, CAS Center for Excellence in Nanoscience, Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215123, China;

陈立桅Liwei Chen

上海交通大学化学化工学院,物质科学原位中心,上海200240 ; 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,国际实验室,苏州 215123

in-situ Center for Physical Sciences, School of Chemistry and Chemical Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China ; i-Lab, CAS Center for Excellence in Nanoscience, Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215123, China

对创新的理解:
发展新方法,建立新认识. Develop new techniques to obtain new insights.