探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇 036

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探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇

036 界面层材料巡礼：PEDOTPSS, ZnO, PEIE的各自使命 2025-10-19

在有机光伏（OPV）电池中，界面层材料对于提升电池的能量转换效率和稳定性至关重要。它们就像高效的“协调员”，负责优化电极与有机活性层之间的“沟通”，确保光生电荷能被有效收集并输出为电能。

下面这个表格，清晰地概括了PEDOT:PSS、ZnO和PEIE这三种经典界面层材料的主要使命和特点。

材料名称 主要使命 (功能) 关键优势 核心挑战与改良
PEDOT:PSS 阳极界面层 高导电性、高透光性、可溶液加工、空穴提取能力 强酸性强易腐蚀电极、易吸湿、水溶液浸润性差；通过开发醇相配方（如PEDOT:F）、寻找替代材料或与无机材料杂化来改善
ZnO 阴极界面层 高电子迁移率、环境稳定性好、可低温制备、光学性能可调（如Eu³⁺掺杂增强抗紫外性) 制备工艺与形貌控制较为复杂；通过元素掺杂、纳米结构设计等方式优化性能
PEIE 阴极界面层 通过偶极矩大幅降低各类电极的功函数、适用电极范围广、可溶液加工 电导率通常较低、薄膜厚度敏感；其设计理念催生了如NDI-Ph等新一代高性能材料（厚度不敏感、适配高速涂布)


界面层材料的核心作用

在“三明治”结构的有机光伏电池中，界面层材料置于电极和光活性层之间，主要肩负以下使命：

能级对齐：通过改变电极的有效功函数，在电极与活性层之间架设“能量阶梯”，减少电荷注入或提取的能量势垒。

电荷选择性提取与阻挡：只允许一种电荷（电子或空穴）高效通过并到达相应电极，同时阻挡另一种电荷，从而抑制电荷在界面处复合。

光学管理：调节光在器件内的分布，有时通过光学干涉效应增加活性层对光子的吸收。

形貌与稳定性优化：保护活性层，阻挡外界水氧或阻止电极原子向活性层扩散，提升器件寿命。


深入研究与未来方向

除了上述经典材料，科研人员也在不断探索：

新型界面材料开发：例如，侯剑辉研究员团队开发的NDI-Ph材料，其强自掺杂效应使其电导率高，对薄膜厚度不敏感，非常适合高速涂布工艺，为规模化生产提供了新选择。

有机/无机杂化策略：中国科学院宁波材料所的研究探索将有机材料良好的界面修饰性能、溶液加工特性，与无机材料（如CdS）的导电性、稳定性相结合，协同提升器件性能和寿命。


总的来看，PEDOT:PSS、ZnO和PEIE这三类材料各有明确的使命和定位。当前界面材料的研究正朝着高性能、高稳定、低成本及与规模化印刷工艺兼容的方向发展。通过化学结构设计、复合材料开发和新型制备工艺，未来有望出现更多能满足有机光伏商业化需求的理想界面材料。