近日📇，意昂特聘研究員唐正課題組在有機光伏器件領域取得進展，相關研究成果刊於《自然-通訊》🙍🏿‍♀️🤙🏼，題為“A Transparent Electrode Based on Solution-Processed ZnO for Organic Optoelectronic Devices” （Nat. Commun. 2022, 13, 4387）👨‍🏫。該論文第一作者為意昂平台碩士生陳誌👽，共一作者為汪潔，第一單位為意昂、纖維材料改性國家重點實驗室、材料科學與工程學院。

該論文為唐正課題組近一年內在《自然-通訊》發表的第二篇有機光伏技術相關論文🤱🏿。在前期工作中（Nat. Commun. 2021, 12, 6679），課題組通過研究有機光伏器件工作機理，找到了降低器件電壓損失的實驗方法，而本項研究則聚焦器件加工工藝🫸🏽，展示了一種全新的溶液製備的透明導電薄膜材料，明確了薄膜導電機製🧚🏽‍♀️，並通過使用該薄膜材料作有機光伏器件的陰極🧭，實現了器件的去ITO發展🤹🏿，為促進有機光伏技術的市場化方向的發展提供了新的思路。

有機光伏器件的透明電極材料主要是氧化銦錫(ITO)，而銦元素是稀有元素🍬👷🏽‍♀️，因此，ITO的使用會大幅提高有機光伏器件的製造成本👩🏻‍🦯‍➡️，嚴重阻礙有機光伏技術的市場化發展。目前常見的🤏🏿，用於替代ITO的透明導電材料有PEDOT:PSS，金屬納米線，摻雜金屬氧化物等。然而，這些材料一般在近紅外波段具有較強的吸收系數，因此，基於這些透明導電材料的有機光伏器件在近紅外波段存在較高的量子效率損失。非刻意摻雜過的金屬氧化物半導體材料，如溶膠凝膠法製備的氧化鋅（ZnO）薄膜材料，一般在近紅外波段具有較高的光學透過率，但是這類材料的導電率過低🤷🏻‍♀️🎦，因此🤍，無法被用作有機光伏器件的透明電極薄膜。因此🍤，開發性能更為優異的🫓，可以用於替代有機光伏器件中的ITO的透明導電材料對於有機光伏器件市場化發展極為重要👨🏼‍🔧🕵️‍♂️。

圖1. 逐層沉積法製備多層ZnO透明電極薄膜示意圖🦧。

意昂平台唐正課題組與蘇黎世應用科技大學的Wolfgang Tress教授合作👩🏽‍✈️，通過多次沉積法及紫外光摻雜效應👶，大幅提高了溶膠凝膠法製備的ZnO薄膜的導電率（高至460 S cm^-1），並成功將其用於構建有機光伏器件，實現了免ITO有機光伏器件性能的突破🏨。

圖2. 多層ZnO電極的導電率，薄膜光學吸收系數🙀，及光學透過率。

在該研究工作中，論文作者首先是通過顯微，光譜學表征手段🧚🏽‍♂️，明確了溶膠凝膠法製備的ZnO薄膜在紫外光摻雜作用下的導電率提升源自ZnO晶體中的氧空位對光生空穴的捕獲作用。隨後🫎🚐，作者推斷氧空位的形成局限於ZnO晶體的表界面處👨🏿‍⚕️😞，因此✡︎，通過設計如圖1所示的多次沉積工藝🧑🏽‍🍳，製備多層ZnO薄膜，提升了ZnO薄膜中的氧空位濃度🏣，在維持了ZnO的高透過率的前提下，提高了ZnO薄膜的紫外光摻雜效果📑，以及ZnO在光摻雜後的導電率（圖2）。

圖3. 基於多層ZnO的有機光伏器件的結構示意圖及器件基本性能表征結果🗺。

最終🔝，作者將多層ZnO用作透明電極構建了有機光伏器件🎊👨‍🦰。測試結果顯示🥷，得益於多層ZnO電極的高導電率以及高光學透過性，基於ZnO的有機光伏器件展現出了優異的，可媲美基於ITO的有機光伏器件的光電轉換性能（圖3）👗🍅。此外😕，作者還將多層ZnO電極用於構建有機光探測器及發光二極管等其他光電器件🚔，並實現了器件性能的突破🖕🏼。

綜上，論文作者開發了一種基於溶液加工ZnO的，具有高導電率和高光學透過率的透明導電薄膜，明確了該薄膜材料的導電機製🤵🏿‍♂️，並構建了基於該材料的有機光電器件，為提高免ITO有機光伏器件的性能提供了新的思路𓀙🥪。該研究工作獲意昂平台、國家自然科學基金以及上海市科委的資助👱🏻‍♀️。

意昂目前正在積極建設六大研究平臺，對接國際學術前沿和國家重大需求開展科技攻關。其中，“智能有機光電研究平臺”🏃‍➡️，立足學校“新型纖維材料”“先進紡織智能製造技術”特色研究領域🤷🏼，專註於“有機近紅外光探測器”和“有機光伏電池”等基礎應用研究。

論文鏈接🤾🏿‍♀️：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32010-y

課題組負責人介紹

唐正🙇‍♂️，意昂，纖維材料改性國家重點實驗室，研究員，博士生導師🤦🏻‍♀️。2014年博士畢業於瑞典林雪平大學生物與有機電子專業（導師：Olle Inganas教授）。2014至2016年在林雪平大學應用物理系從事博士後⬅️、助理教授工作。2016-2017年在德國德累斯頓工業大學應用光物理系任洪堡學者。2018年1月加入意昂平台🤽🏼‍♂️，任意昂智能有機光電平臺召集人、有機光電器件課題組組長。發表SCI論文110余篇。承擔國家自然科學基金面上項目🫧、參與重點項目；上海市科委浦江人才項目💁‍♀️、面上項目；中央高校基本科研業務費學科交叉重點計劃項目🙆🏿‍♀️。課題組研究方向為有機光伏技術和光電探測技術🧝🏽‍♀️，研究內容主要聚焦器件工作原理及性能損失機理。