中國科學(xué)院蘇州納米所印刷光伏團(tuán)隊(duì)在印刷有機(jī)光伏關(guān)鍵材料方面取得進(jìn)展

作者：集小微 08-13 15:10

來源：中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所 #中國科學(xué)院#

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有機(jī)太陽能電池由于具有柔性、輕質(zhì)、無毒、高效、與卷對(duì)卷溶液法兼容等優(yōu)勢(shì)，在光伏建筑一體化、室內(nèi)光伏、可穿戴電子和便攜式能源中具有巨大的應(yīng)用潛能。中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所印刷薄膜光伏研究團(tuán)隊(duì)長期致力于柔性印刷有機(jī)光伏電池關(guān)鍵材料開發(fā)以及核心技術(shù)研發(fā)，近期團(tuán)隊(duì)在印刷電極和活性層方面取得如下研究進(jìn)展。

在電極大面積制備方面，團(tuán)隊(duì)前期聚焦卷對(duì)卷凹版印刷技術(shù)，通過精確調(diào)控納米銀線墨水的流變性能，解決了凹版印刷中的絲線問題，成功制備出光電性能優(yōu)異的大面積（>200 c㎡）銀線薄膜電極，其方阻低至10.8 Ω/□、透過率達(dá)95.4%（550 nm）、粗糙度小于10 nm，性能指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平（Adv. Funct. Mater. 2021,31,2007276）。除了電極透過率和方阻要求，透明電極的表面粗糙度以及微區(qū)的電荷提取能力也是影響光電器件性能效率的主要因素之一。針對(duì)該問題，團(tuán)隊(duì)發(fā)展了基于銀納米線與金屬氧化物的復(fù)合透明電極，利用金屬氧化物在銀納米線孔洞中形成微區(qū)電荷傳輸通道，同時(shí)降低電極的表面粗糙度（J. Mater. Chem. A 2021,9,16889-16897）。

此外，團(tuán)隊(duì)發(fā)展一種自下而上的處理方法，利用熱壓處理和光敏材料選擇性填充的策略，提升銀線之間的搭建，提升電學(xué)接觸，同時(shí)減少局域的粗糙度（Adv. Funct. Mater. 2025,doi.org/10.1002/adfm.202506783）。研究結(jié)果顯示，熱壓處理有效改進(jìn)了納米線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)搭接，使得透明電極方阻降低。光敏材料選擇性填充在網(wǎng)絡(luò)的孔隙中，在保證高透過率的同時(shí)提升電極的平整度，降低粗糙度，使得柔性有機(jī)太陽能電池的良品率有效提升。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)提出了Ag柵線復(fù)合電極技術(shù)，并引入α-ZnO修飾層調(diào)控Ag柵線的生長模式，成功制備出具有低接觸電阻、高致密性和光滑表面的復(fù)合電極，使大面積單基板電池效率顯著提升（Adv. Sci. 2025,12,e2410931）。研究結(jié)果表明，在AgNWs電極上預(yù)沉積α-ZnO修飾層作為潤濕層，克服了由AgNWs電極復(fù)雜的表面狀態(tài)和三維多組分結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的Ag網(wǎng)格在AgNWs上通過VW方式生長的問題。基于優(yōu)化的柵線結(jié)構(gòu)（柵線數(shù)量、間距和寬度），4 c㎡單基板器件效率達(dá)到了14.70%。

圖1. 熱壓處理結(jié)合光敏材料選擇性填充納米網(wǎng)絡(luò)孔洞策略提升透明導(dǎo)電電極光學(xué)透過率以及導(dǎo)電性:(a)制備示意圖，(b) 電極照片，(c) 電極光學(xué)透過率，(d) 電極方阻統(tǒng)計(jì)

在印刷太陽能電池有機(jī)光活性層方面，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了印刷墨水的粘度對(duì)墨水轉(zhuǎn)移率、薄膜均勻性的影響（Sci. China. Mater. 2024,67,2600-2610，Sci. China. Mater. 2024,doi.org/10.1007/s40843-024-3156-6）。近期，團(tuán)隊(duì)就大面積印刷薄膜的形貌均勻性問題開展研究。選用三類非鹵溶劑為模型，考察不同溶劑加工條件下薄膜的缺陷，揭示了墨水粘度、溶劑與基底間作用強(qiáng)度對(duì)薄膜絲狀缺陷、流水狀缺陷的形成規(guī)律，進(jìn)而提出了印刷有機(jī)光活性層薄膜對(duì)溶劑的多維度要求模型?；趦?yōu)選的溶劑，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了100 c㎡以上印刷柔性電池效率超過13%，該工作發(fā)表于Adv. Mater. 2025,37,202500115，鄭州大學(xué)和蘇州納米所聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生楊書濤為論文第一作者，鄭州大學(xué)郭豐啟、北京航空航天大學(xué)孫艷明、蘇州納米所馬昌期、駱群為論文通訊作者。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、蘇州市院士工作站等項(xiàng)目資助，同時(shí)研究工作得到蘇州納米所納米真空實(shí)驗(yàn)互聯(lián)站（Nano-X）的支持。