MoO3薄膜对有机光电功能薄膜的改性综述
背景
近年来，由于人类对能源的需求不断增加，传统的能源已经到了枯竭的边缘，开发新能源迫在眉睫，太阳能无疑是一种取之不尽，用之不竭的新型能源。
1954年贝尔实验室发明的硅基太阳能电池是人类历史上首次实现的利用光伏进行发电。虽然当初的能量转换效率只有6％，但它却是光伏技术的开端。发展至今，基于单晶硅的第一代太阳能电池的实验室效率已经可以达到25％；而之后发展在第二代薄膜太阳能电池体系中，砷化镓(GaAs)电池和铜铟镓硒(CIGS)电池所达到的最高效率分别达到28.8％和19.6％；有机光伏器件则被称为第三代柔性太阳能电池，2017年，中科院化学研究所高分子物理与化学实验室研究员侯剑辉带领的课题组研究人员同时对有机太阳能电池（简称OSCs）中给、受体材料进行了优化，并基于此制备了有机太阳能电池，实现超过13%的能量，这是目前国际上有机太阳能电池达到的最高转换效率。
然而，对于第一代太阳电池而言，单晶硅工艺所带来的高昂的成本和复杂的生产过程严重限制了单晶硅太阳能电池的大面积推广且理论极限转化率仅为25%；而就第二代太阳能电池而言以GaAs、GaSb、GaInP、CuInSe2、CdS和CdTe 等为代表的新型多元化合物太阳能电池取得了较高的光电转换效率，GaAs电池的转换效率目前已经达到30% 。但是Ga、In等均为比较稀有的元素，而Cd等更是有毒元素, 因此, 这类电池的发展必然将受到资源、环境的限制且也受限于其活性层半导体材料在地球资源中的有限储量。而第三代的有机太阳能电池作为新型的光伏技术，避免了上述的劣势，有望得到大面积的推广使用。首先，有机太阳能电池的活性层材料可合成得到，通过分子设计可以合成具有不同物理、化学特性的给体材料和受体材料，材料的来源广泛。而由纳米TiO2以及有机复合材料构成的有机太阳能电池性能更加优秀，耗材仅为硅基太阳能电池的10%-20%，且发展前景非常的优秀。
因此拥有材料来源广泛，柔韧性好，容易形成大面积薄膜，成本低廉且能够沉积在柔性衬底上得有机太阳能电池更是具有广阔的应用前景，例如可应用于光伏、建筑一体化，移动电器的充电设备等。由于这些潜在的优势，使得有机太阳能电池激发了人们的研究兴趣而成为近年来的研究热点。
有机太阳能电池的工作原理和器件结构
有机太阳能电池和传统的无机太阳能电池一样，它的基本工作原理也是基于半导体异质结的光生伏特效应。而对于由硅亦或是砷化镓等无机半导体材料制造的太阳能电池而言，当入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度时，就会激发价带的电子跃迂至导带，从而在价带留下空穴。这个过程中产生的自由电子和空穴在PN结的内建电场的作用下会向相反的方向运动，从而实现光生电子由P区流向N区，光生空穴由N区流向P区的效果。
当电子和空穴被连接着电池正负极的外电路收集时就会产生光电流。而在有机太阳能电池中，由于有机半导体材料的介电系数比较低，只有2~4，因此入射光子激发产生的电子、空穴对之间的库伦作用力很大，电子和空穴之间的结合能远大于热能，因此电子和空穴被其强大的结合能束缚在一起形成激子。为了使激子分离成自由的载流子，有机太阳能电池中引入了两种具有不同电子亲和能和离化势的材料，即P型材料也就是电子给体材料和N型材料也就是电子受体材料。当激子扩散至给体和受体界面时，电子会从低电子亲和能的给体材料转移至高电子亲和能的受体材料，相应的，空穴会从高离化势的受体材料转移至低离化势的给体材料。
研究目标
因此近来太阳能电池已经成为国内外研究的热点之一了。而作为有机太阳能电池的核心关键部分的电极的优劣情况直接决定了太阳能电池的光电性能和稳定性能。当前ITO是使用最广泛的电极材料，但是ITO的关键元素——铟元素在自然界中的储备量较低，因此价格昂贵，柔韧性较差，因此新型薄膜的研究尤为重要。
人们对有机太阳能材料的研究在很早之前就已经在进行了，从1982年起，B.R.Weinberger等人把聚乙炔作为有效层，夹在Al电极和石墨电极之间，制备了第一个聚合物太阳能电池。电池的Voc为0.30 V，量子效率仅为0.30%。1986年，柯达公司的邓青云博士在有机太阳能电池的研究中引入了异质结结构。他使用copper phthalocyanine (CuPc)作为施主，perylenetetracarboxylic derivative(PV)作为受主，夹在ITO电极和Ag电极之间，制备出世界上首个双层平面异质结有机太阳能电池。在光照强度为75 mW/cm2的AM 2太阳光照射下，电池的Voc达到0.45 V短路电流密度(Jsc)达到2.30 mA/cm2，填充因子(FF)高达0.65，能量转换效率((PCE)达到0.95%。
而提高有机太阳能电池性能的方法就目前科研方向来看主要集中在两个方面， 一为开发出新型材料二为引入新型的器件结构。其中在引入器件结构方面，人们主要通过增加电极缓冲层和制备叠层器件进而提高器件的性能。在有机光电子器件中，PEDOT:PSS是最常用的阳极缓冲层材料，但是PEDOT:PSS一般采用的都是旋涂成膜，而且PEDOT:PSS溶液具有弱酸性， 会与ITO电极产生反应，使器件变得不稳定。
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