作為一種具有重要應(yīng)用潛力的新型光伏技術(shù)，有機(jī)光伏電池具有低成本、易于大面積制備的特點(diǎn)，提升有機(jī)光伏電池的光電能量轉(zhuǎn)化效率（簡(jiǎn)稱：光伏效率）對(duì)于推動(dòng)領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義。由于可更加高效的利用太陽光，具有串聯(lián)疊層構(gòu)型的有機(jī)太陽能電池在實(shí)現(xiàn)高光伏效率方面具有突出優(yōu)勢(shì)。

在疊層有機(jī)光伏電池中，用于連接前、后子電池的隧道結(jié)同時(shí)承擔(dān)了透光、電荷收集、阻擋溶劑等功能，對(duì)于疊層光伏電池的光伏效率具有至關(guān)重要的影響。因此，構(gòu)建高性能的隧道結(jié)是有機(jī)光伏電池方向的挑戰(zhàn)之一。 

在國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院和北京分子科學(xué)國家研究中心的支持下，化學(xué)所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室侯劍輝課題組通過發(fā)展新型隧道結(jié)結(jié)構(gòu)，制備了一系列高效率疊層有機(jī)光伏電池。他們通過在隧道結(jié)中加入超薄金屬銀，基本消除了隧道結(jié)內(nèi)的非歐姆接觸（Adv. Mater. 2015, 27, 1189)；系統(tǒng)研究并優(yōu)化了隧道結(jié)、活性層組成對(duì)子電池光場(chǎng)分布的影響，并據(jù)此制備了接近20%光伏效率的疊層有機(jī)太陽能電池（Adv. Mater. 2021, 2102787)。 

圖.利用電子束蒸發(fā)法制備的隧道結(jié)，制備了效率為20.2%的疊層有機(jī)太陽能電池

最近，該課題組發(fā)現(xiàn)在電子束蒸發(fā)二氧化鈦的過程中，金紅石相的二氧化鈦可轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)薄膜，該薄膜不僅均勻致密，而且具有較好的耐酸性。因此，聚（3,4-乙烯二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）可以通過溶液法在其表面形成光滑、致密的薄膜。進(jìn)一步，他們通過精確控制補(bǔ)氧速率，有效調(diào)節(jié)了沉積物的化學(xué)組成、電子能級(jí)、相對(duì)介電常數(shù)和摻雜密度。在最佳條件下，基于e-TiO1.76/PEDOT:PSS隧道結(jié)的疊層有機(jī)太陽能電池的光伏效率超過了20%。該結(jié)果得到了中國計(jì)量院驗(yàn)證，使有機(jī)光伏電池首次跨入20%的光伏效率新階段。相關(guān)研究成果發(fā)表在最近的Joule上（10.1016/j.joule.2021.12.017），論文第一作者為鄭眾博士，通訊作者為侯劍輝研究員。