介绍
碘化铜（CuI）作为一种p型半导体材料，兼具宽禁带、高导电性的结构特性，既可以高效传输空穴，又能有效阻挡电子，成为聚合物太阳能电池中极具应用潜力的双功能缓冲层材料。将CuI引入PCDTBT:PC70BM体系的倒置聚合物太阳能电池中，通过优化薄膜厚度与电极匹配，可实现器件光电转换效率的提升。
图一 碘化铜
优势
碘化铜的禁带宽度达3.0eV，属于宽禁带p型半导体，其价带能级约为-5.2eV，与聚合物活性层PCDTBT的最高占据分子轨道（HOMO）能级高度匹配，这种能级的连续性为空穴从活性层向阳极的传输提供了低阻通道，大幅提升空穴收集效率；同时，CuI的导带能级远高于受体材料PC70BM的最低未占据分子轨道（LUMO）能级，形成了电子传输的能垒，能够有效阻挡电子向阳极的扩散，减少电子-空穴对的界面复合。
应用实例
在PCDTBT:PC70BM倒置聚合物太阳能电池中，CuI薄膜的厚度与阳极材料的匹配性，直接决定了器件的光伏性能，精准的工艺优化是实现性能提升的关键。研究者采用真空沉积法，将不同厚度（0nm、3nm、6nm、9nm）的CuI薄膜沉积于活性层与Ag/Au阳极之间，构建了Glass/ITO/TiO2/PCDTBT:PC70BM/CuI/Ag（Au）的器件结构，并系统测试了不同结构的光伏性能。无CuI缓冲层的器件存在严重的界面接触电阻大、电荷传输效率低等问题，以Au为阳极时，其Jsc仅为6.75mA/cm2，Voc为0.45V，FF为38.5%，光电转换效率仅1.17%；而当CuI薄膜厚度优化为3nm时，器件性能实现全方位提升，以Au为阳极的器件Jsc提升至10.85mA/cm2，Voc达0.83V，FF提高到60.7%，光电转换效率骤升至5.47%，相较于无CuI器件提升近5倍。
当碘化铜薄膜厚度超过3nm时，器件性能呈明显下降趋势，6nm和9nm厚的CuI薄膜无论搭配Ag还是Au阳极，其Jsc、Voc和FF均逐步降低，光电转换效率随之下降。过厚的CuI层会增加空穴传输的路径阻力，导致串联电阻（Rs）上升，同时过量的CuI会加剧界面电荷复合，最终造成电荷收集效率降低。此外，阳极材料的选择对CuI缓冲层的性能发挥具有显著影响，相同CuI厚度下，Au阳极器件的光伏性能均优于Ag阳极器件，这是因为Au的功函数与CuI的能级匹配度更高，能够形成更理想的欧姆接触，进一步降低界面电阻，提升空穴提取效率，其中3nmCuI与Au阳极的组合成为最优匹配体系。
阻抗谱分析显示，无碘化铜缓冲层的器件界面电阻约为0.28Ω⋅m2，而3nmCuI/Au阳极器件的界面电阻降至0.02Ω⋅m2，大幅降低的串联电阻减少了偏置电压损失，不仅提升了Voc，还改善了器件的填充因子；当CuI厚度增加时，界面电阻逐步回升，与器件光伏性能的下降趋势高度一致。碘化铜的引入显著提升了器件在全光谱范围内的光子-电子转换效率，3nmCuI/Au阳极器件的IPCE值为所有体系中最高，且其光谱响应范围与活性层的光吸收范围高度契合，证明CuI缓冲层有效提升了电荷的分离与收集效率，减少了光生载流子的复合；而厚CuI薄膜器件的IPCE值虽高于无CuI器件，但呈下降趋势。
碘化铜作为聚合物太阳能电池缓冲层的应用，与传统的PEDOT:PSS等空穴传输材料相比，CuI采用真空沉积法制备，薄膜厚度可控性强，能够与倒置聚合物太阳能电池的制备工艺无缝衔接，且其化学稳定性良好，不易与活性层发生界面反应，有利于提升器件的长期稳定性。CuI是PCDTBT:PC70BM聚合物太阳能电池的有效缓冲层材料，其3nm厚的薄膜与Au阳极的组合，能够实现器件光电转换效率从1.17%到5.47%的大幅提升[1]。
图二 碘化铜在太阳能电池应用中的能级
不足
碘化铜薄膜的制备工艺仍可优化，真空沉积法虽精度高，但成本相对较高，开发溶液法制备CuI薄膜的工艺，能够进一步降低器件制备成本，适配大面积柔性制备需求；另一方面，CuI与不同聚合物活性层体系的适配性仍需系统研究，拓展其在宽禁带、低带隙等不同类型聚合物太阳能电池中的应用范围。
参考文献
[1]苏和堂,赵玉霞,丁健,等.CuI空穴传输层提高聚合物太阳能电池Jsc,Voc及FF的研究（英文）[J].中国科学技术大学学报,2017,47(07):621-626.