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  硅有機異質結雜化太陽能電池結合了高性能晶體硅和低成本有機材料，有望替代傳統的硅太陽能電池。PEDOT:PSS/n-Si是典型的硅有機雜化電池，研究者們通過硅表面結構處理、溶劑處理以及界面修飾等方法成功將硅有機雜化太陽電池的效率至16%，但是這與傳統的硅基太陽能電池的效率(26%)仍然具有很大的差距。因此，需要更加深入地研究硅有機太陽能電池來提高其性能。

  近日，蘇州大學孫寶全課題組首次將非富勒烯共軛聚合物材料F-N2200應用于硅有機雜化電池的背極，達到改善硅和鋁之間的接觸問題，成功將電池效率從原來的12.6%提升到14.5%。通過結合密度泛函理論模擬，證實了在提升硅和有機材料間的接觸質量中聚合物取向起到了重要作用。該研究以“Naphthalene Diimide-Based n?Type Polymers:Efficient Rear Interlayers for High-Performance Silicon?Organic Heterojunction Solar Cells ”為題發表在ACS Nano上。

圖1：器件結構、J-V曲線和EQE曲線

(a).硅/有機太陽能電池的結構圖；

(b).器件在AM1.5G，100Mw cm-2條件下的J-V曲線；

(c).器件在無光照下的J-V曲線；

(d).有聚合物夾層和沒有聚合物夾層器件的EQE曲線對比。

圖2：兩種聚合物的分子結構

(a).N2200和F-N2200聚合物的合成路徑，和分子結構；

(b).N2200聚合物生長在硅上的2D-GIWAXS圖像；

(c).F-N2200聚合物生長在硅上的2D-GIWAXS圖像；

(d).生長在硅結構上N2200的分子間平面堆積的原理圖；

(e).生長在硅結構上F-N2200的分子間平面堆積的原理圖。

圖3：兩種聚合物的密度泛函模擬圖

(a).生長在硅上的N2200的三維密度泛函模擬圖；

(b).生長在硅上的F-N2200的三維密度泛函模擬圖。

圖4：不同鋁電極面積（不同鋁電極直徑分別為1,0.8,0.5,0.3,0.2,0.1cm）的器件結構圖和I-V曲線

(a).沒有有機夾層情況下，器件的結構圖和不同鋁電極面積下的I-V曲線；

(b).硅鋁之間有N2200夾層，器件的結構圖和不同鋁電極面積下的I-V曲線；

(c). 硅鋁之間有F-N2200夾層，器件的結構圖和不同鋁電極面積下的I-V曲線。

圖5：Si、Si/N2200、Si/F-N2200的少數載流子壽命和SKPM

(a). Si、Si/N2200、Si/F-N2200的少數載流子壽命的映射圖，映射面積為1cm×1cm，注射水平約為2×1017cm-3；

(b).Si/F-N2200的表面電位差SKMP映射圖。

  作者利用共軛聚合物F-N2200改善了硅-鋁電極的接觸問題，成功地提高硅-有機雜化太陽能電池效率，并且用密度泛函理論證實了聚合物取向在提升硅與有機物接觸質量上起重要作用。

  論文鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b03090