Énergie de surface (γ_s ) joue un rôle clé dans la formation de films d'hétérojonction en vrac (BHJ) dans les cellules solaires organiques fabriquées par un procédé en solution. La miscibilité des films BHJ peut être prédite par la différence d'énergie de surface entre le donneur et l'accepteur. La distribution verticale et l'orientation de l'empilement des films BHJ peuvent être régulées par l'énergie de surface dans la couche d'interface inférieure. L'énergie de surface d'un film mince est généralement obtenue en mesurant l'angle de contact à l'aide du modèle d'Owens-Wendt.

Cependant, cette méthode de mesure ne peut pas refléter la distribution d'énergie de surface à l'échelle nanométrique, et elle ne peut pas expliquer directement l'empilement à l'échelle nanométrique et la séparation de phase dans la structure BHJ.

Récemment, une équipe de recherche dirigée par les Profs. Zhou Huiqiong, Qiu Xiaohui et Zhang Yong du National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) ont proposé une nouvelle stratégie pour étudier la régulation de la distribution d'énergie de surface à l'échelle nanométrique au niveau de la couche d'interface des cellules solaires organiques. L'étude a été publiée dans Joule .

Les chercheurs ont utilisé la technique PFQNM (Peak-Force Quantitative Nanomechanical Mappings) basée sur l'AFM pour caractériser la distribution d'énergie de surface à l'échelle nanométrique des couches de transport de trous dans les cellules solaires organiques. Ils ont découvert que la distribution d'énergie de surface du poly3, 4-éthylènedioxythiophène :sulfonate de polystyrène (PEDOT :PSS) peut être efficacement régulée par dopage MoS₂ les nanofeuilles avec différentes tailles latérales et l'hétérogénéité de la distribution PEDOT:PSS peuvent être agrandies. La distribution hétérogène de l'énergie de surface (HeD-SE) peut réguler davantage la distribution moléculaire, l'orientation cristalline et la séparation de phase de la couche active.

Grâce à l'optimisation de la morphologie de la couche active par le HeD-SE, les performances et la stabilité des cellules solaires organiques ont été améliorées avec le meilleur rendement de conversion de puissance (PCE) de 18,27 %. En outre, le rapport d'amélioration de PCE était proportionnel à l'élargissement de Δγ_s dans la BHJ.

L'équipe du professeur Zhou s'est consacrée à la manipulation d'interface dans les cellules solaires organiques traitées en solution et a mené une série d'études sur la régulation de l'énergie de surface dans les cellules solaires organiques. Les chercheurs ont d'abord atteint un facteur de remplissage élevé de 80 % dans une cellule solaire organique en incorporant WO_x nanoparticules dans PEDOT:PSS. Ensuite, ils ont exploré les relations entre l'orientation de l'empilement de la couche active, les performances des cellules solaires organiques et l'énergie de surface de la couche d'interface. La stratégie de modification interfaciale a été utilisée pour étudier la couche de transport d'électrons dans les dispositifs inversés et a été utilisée dans les cellules solaires à pérovskite. En utilisant le biopolymère héparine sodique pour modifier l'énergie de surface, le défaut d'interface des cellules solaires à pérovskite a été passivé avec des améliorations de PCE et de stabilité. + Explorer plus loin

Sondage de l'orientation moléculaire par spectroscopie d'absorption transitoire sélective en polarisation