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

2024年12月4日，香港理工大學李剛教授在國際知名期刊Nature Communications發表題為《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。

李剛，香港理工大學能源轉換技術講座教授暨鐘士元爵士可再生能源教授，英國皇家化學學會會士。獲得武漢大學學士學位、美國愛荷華州立大學碩士和博士學位。曾任職于加州大學洛杉磯分校和Solarmer Energy Inc.，現就職于香港理工大學。

李剛教授是可印刷太陽能電池范疇的世界頂尖研究學者，其研究包括有機聚合物太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池等。已發表超過220篇論文，被引用達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自由基捕獲能力。

令人鼓舞的是，這種基于BHT@ZnO的增強器件實現了創紀錄的19.47%的反向OPV效率（認證效率：18.97%）。

該器件在ISOS-D-1（環境條件下8904小時后PCE保留率為94.2%）和ISOS-L-1 測試協議（MPP中7724小時后PCE保留率為81.5%）下表現出無光浸泡行為和長期穩定性。

更重要的是，作者闡明了OPV的詳細降解機制，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。性能提升和機理理解為OPV技術的發展提供了有力支撐。

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活性層系統在不同老化條件下的吸收衰減

圖5：材料劣化機制的研究

圖6：活性層在光照射下的自由基生成和清除過程的總結性圖表

圖7：基于不同活性層系統的倒置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%，并顯著提升了設備的長期穩定性，這對于商業化應用具有重要意義。

該研究實現了創紀錄的高效率和長壽命的倒置OPV，這不僅加深了對OPV中光降解機制的理解，還為未來OPV材料和器件設計提供了指導，有助于推動有機光伏技術商業化。

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).

原創文章，作者：zhan1，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/12/18/6ec551f262/

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