界面偶极如何影响有机与钙钛矿太阳电池的能带结构与性能

李永舫

1中国科学院化学研究所有机固体院重点实验室，北京分子科学国家研究中心，北京 100190

2苏州大学材料与化学化工学部，先进光电材料实验室，江苏 苏州 215123

界面偶极对器件界面能带结构的调控机理。

界面能带结构是指界面处电子能带的弯曲和倾斜。它能显著影响载流子的产生、注入、分离、传输、复合和收集等过程，是半导体光电子器件性能的重要影响因素。因此，优化界面能带结构、调控器件性能与工作机理是光电子器件领域的核心课题之一。如果将一组相距很近的正负点电荷肩并肩排列所组成的偶极层插入器件界面，电势能穿过偶极层时会发生突变，将能有效调控界面能带结构和载流子运动过程。

过去十年间，界面偶极层被广泛应用于有机和卤化物钙钛矿等新型太阳电池中。2011年何志才等人报道，在传统结构有机太阳电池的活性层和顶电极之间插入一层很薄的电子传输层材料poly[(9,9-bis(3'-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)] (PFN)，能够同时提高开路电压、短路电流密度和填充因子，打破了此前开路电压和短路电流密度相互制约的瓶颈，获得了当时领域内最高的效率～8.37%1。研究表明，PFN电子传输层具有很强的偶极矩，其正电荷端指向负极而负电荷端指向活性层，不仅可以有效降低电子传输势垒并提高空穴传输势垒，而且电偶极矩与内建电场叠加可以提升器件内部电场，促进载流子的有效分离和选择性传输。随后，他们在反式结构有机太阳电池的底电极和活性层之间插入PFN薄层电子传输层，进一步将效率提高至～9.2%2。……