界面偶極會引起界面處電勢和能級的跳變，是各類電子和光電子器件工作機理研究中不可忽視的因素。在理解其效應的基礎(chǔ)上，界面偶極可以被用來調(diào)控界面能帶結(jié)構(gòu)和載流子傳輸，進而優(yōu)化、提升各類（光）電器件的性能。我們在與華南理工大學吳宏濱教授團隊2011年合作發(fā)表的工作（Adv. Mater. 2011, 23, 4636）中證實，有機太陽電池的電極層和活性層之間的界面偶極層可以打破原本短路電流和開路電壓之間此消彼長、相互制約而帶來的光伏能量轉(zhuǎn)化效率的限制。這一機理引起了國內(nèi)外同行的關(guān)注。在隨后的十年間，界面偶極層被廣泛應用于有機和鈣鈦礦等新型太陽電池中，顯著推動了領(lǐng)域的發(fā)展。但同時，界面偶極的來源和分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及其在器件中的物理效應與機理理解逐漸出現(xiàn)了一些爭議，這些爭議限制了界面偶極的進一步優(yōu)化和它在光電器件中的廣泛應用。 為了理清這一領(lǐng)域的認識，我們基于本團隊和國內(nèi)外同行的大量研究工作綜述了界面偶極的概念、表征方法及其在有機和鈣鈦礦薄膜光伏器件中的應用，并提出了未來展望。我們從界面偶極層的靜電場物理特征出發(fā)，結(jié)合多種實驗表征技術(shù)，闡明了界面偶極方向和強度對器件性能的重要影響。展望未來，我們認為：（1）將界面偶極的原位、工況測量結(jié)果和器件數(shù)值模擬進行更好的結(jié)合，可以建立界面性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu)與器件工作機理之間關(guān)系的全面理解；（2）在靜電物理場模型之上，界面偶極材料的分子結(jié)構(gòu)與化學性質(zhì)將對器件的性能產(chǎn)生進一步影響。
A comprehensive, well-organized look at interfacial dipole in organic and perovskite solar cells. The authors offer a framework to understand the dipole effect and explore that effect on device performance.
——Erick Carreira, Editor-in-Chief, Journal of the American Chemical Society
中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，國際實驗室，蘇州 215123
i-Lab, CAS Center for Excellence in Nanoscience, Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215123, China;
上海交通大學化學化工學院，物質(zhì)科學原位中心，上海200240 ; 中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，國際實驗室，蘇州 215123
in-situ Center for Physical Sciences, School of Chemistry and Chemical Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China ; i-Lab, CAS Center for Excellence in Nanoscience, Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215123, China
Interfacial Dipole in Organic and Perovskite Solar Cells
2020,?Vol.?142,?No.?43,?18281-18292
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07439
