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在提高高效有機(jī)光伏（OPV）的使用壽命和了解分子水平的光降解機(jī)制方面，目前的研究進(jìn)展有限，特別是在有前景的倒置OPV領(lǐng)域，這對其商業(yè)化提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2024年12月4日，香港理工大學(xué)李剛教授在國際知名期刊Nature Communications發(fā)表題為《19.5% Inverted organic photovoltaic with record long-lifetime via multifunctional interface engineering featuring radical scavenger》的研究論文，博士生Jiaming Huang、Jiehao Fu、Bo Yuan為論文共同第一作者，李剛教授為論文通訊作者。

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李剛，香港理工大學(xué)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)講座教授暨鐘士元爵士可再生能源教授，英國皇家化學(xué)學(xué)會會士。獲得武漢大學(xué)學(xué)士學(xué)位、美國愛荷華州立大學(xué)碩士和博士學(xué)位。曾任職于加州大學(xué)洛杉磯分校和Solarmer Energy Inc.，現(xiàn)就職于香港理工大學(xué)。

李剛教授是可印刷太陽能電池范疇的世界頂尖研究學(xué)者，其研究包括有機(jī)聚合物太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池等。已發(fā)表超過220篇論文，被引用達(dá)76,000余次。

在這里，作者展示了用自由基清除劑（3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸）封端的ZnO(BHT@ZnO)納米顆粒作為電子傳輸層，提供了有效的表面氧空位鈍化和反應(yīng)自由基捕獲能力。

令人鼓舞的是，這種基于BHT@ZnO的增強(qiáng)器件實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的19.47%的反向OPV效率（認(rèn)證效率：18.97%）。

該器件在ISOS-D-1（環(huán)境條件下8904小時(shí)后PCE保留率為94.2%）和ISOS-L-1 測試協(xié)議（MPP中7724小時(shí)后PCE保留率為81.5%）下表現(xiàn)出無光浸泡行為和長期穩(wěn)定性。

更重要的是，作者闡明了OPV的詳細(xì)降解機(jī)制，包括分別通過超氧化物和羥基自由基選擇性催化降解供體和受體，以及聚合物供體在輻射暴露下的降解途徑。性能提升和機(jī)理理解為OPV技術(shù)的發(fā)展提供了有力支撐。

圖1：BHT@ZnO納米粒子的合成與表征

圖2：基于ZnO和BHT@ZnO ETL的OPV器件性能與穩(wěn)定性

圖3：基于ZnO和BHT@ZnO ETL的活性層形貌演變

圖4：PM6:BTP-eC9活性層系統(tǒng)在不同老化條件下的吸收衰減

圖5：材料劣化機(jī)制的研究

圖6：活性層在光照射下的自由基生成和清除過程的總結(jié)性圖表

圖7：基于不同活性層系統(tǒng)的倒置OPV器件性能

綜上，在這篇論文中，作者研究了通過多功能界面工程，特別是使用自由基清除劑修飾的氧化鋅（BHT@ZnO）作為電子傳輸層，來提高倒置型有機(jī)光伏（OPV）的效率和壽命。研究成功地將倒置OPV的效率提高到19.47%，并顯著提升了設(shè)備的長期穩(wěn)定性，這對于商業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。

該研究實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的高效率和長壽命的倒置OPV，這不僅加深了對OPV中光降解機(jī)制的理解，還為未來OPV材料和器件設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)，有助于推動有機(jī)光伏技術(shù)商業(yè)化。

Huang, J., Fu, J., Yuan, B.et al.?19.5% Inverted organic photovoltaic with record long-lifetime via multifunctional interface engineering featuring radical scavenger.?Nat Commun?15, 10565 (2024).

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