近日，国家纳米科学中心周惠琼课题组在有机太阳能电池稳定性研究方面取得重要进展。相关研究成果以Lifetime over 10000 hours for organic solar cells with Ir/IrOx electron-transporting layer为题，在线发表于Nature Communications（Nat. Commun. 2023, 14, 1241, https://doi.org/10.1038/s41467-023-36937-8）。
近年来，有机太阳能电池的器件效率不断提高，但稳定性问题仍然制约其产业化进程。提高有机太阳能电池稳定性的策略之一是制备反置结构器件，但在这种结构的器件中，最为常用的电子传输材料氧化锌（ZnO）具有光催化特性，在长期光照下会加速活性材料的分解，并进而导致器件性能的衰减。因此，研发稳定的电子传输材料极为关键。
在前期研究中，周惠琼课题组针对有机太阳能电池的稳定性问题开展了一系列研究。通过在ZnO纳米颗粒中引入有机电子传输材料PFN-Br，调控了界面层的表面能并实现了太阳能电池的稳定性提高（J. Mater. Chem. A., 2019, 7, 3570）；进而，又通过在ZnO界面层顶部引入聚天冬氨酸（PASP），抑制了界面的光降解，改善了有机太阳能电池的器件稳定性（J. Mater. Chem. C, 2020, 8, 15795-15803）。
在前期工作的基础上，研究团队采用溶胶凝胶法制备的Ir/IrOx纳米颗粒作为替代ZnO的电子传输材料。Ir/IrOx薄膜具有合适的功函数、非均一性的微观表面能分布以及优化的光场调控，其器件与ZnO器件相比，获得了改善的电荷提取和抑制的电荷复合，实现了更为优异的器件性能。由于Ir/IrOx纳米材料不具有光催化性质，在其上制备的活性层薄膜在老化过程中展现出更为稳定的组分分布及形貌。进而，基于Ir/IrOx纳米材料的器件在暗置储存、加热以及最大功率点跟踪等老化条件下，均表现出延长的器件寿命，实现了超过一万小时的器件寿命。此外，Ir/IrOx器件在热循环和紫外光照射下也展现出优异的稳定性，有望应用于极端的工作环境下。
国家纳米科学中心2022届博士毕业生李彦勋和2020届硕士毕业生黄博为本文的共同第一作者，周惠琼研究员为本文的通讯作者。论文的合作者还包括国家纳米科学中心的梁明会副研究员、裘晓辉研究员、郑强研究员，北京航空航天大学张渊教授，上海同步辐射光源杨迎国老师等。上述成果得到了国家自然科学基金和中科院战略性先导科技专项（B类）等项目的资助。
图. 稳定的Ir/IrOx电子传输层用以提升有机太阳能电池的稳定性
