电子束辐照调控溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜功函数以提升柔性有机太阳能电池性能

【编辑推荐】本研究创新性地采用电子束(EB)辐照技术调控溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜功函数（从4.06 eV降至2.78 eV），实现与PC71BM LUMO能级(~3.9 eV)的优化匹配。通过紫外光电子能谱(UPS)、原子力显微镜(AFM)等表征证实，中剂量辐照(100-300 kGy)可减少表面羟基、稳定晶格氧，使柔性OSC器件填充因子(FF)提升至60.47%，能量转换效率(PCE)达8.13%，为低温制备高效柔性光伏器件提供新策略。

　　

Highlight
我们证明电子束辐照是修饰ZnO溶胶-凝胶溶液的有效策略，可优化其作为柔性有机太阳能电池(OSC)电子传输层(ETL)的性能。通过系统调整辐照剂量(0-500 kGy)，发现ZnO薄膜的表面化学、形貌和电子特性发生显著变化。X射线光电子能谱(XPS)分析显示表面羟基减少，晶格氧稳定性增强，表明缺陷钝化效应。紫外光电子能谱(UPS)证实功函数从4.06 eV(0 kGy)降至2.78 eV(500 kGy)，在100-300 kGy区间与PC₇₁BM的LUMO能级(~3.9 eV)形成最佳匹配。原子力显微镜(AFM)显示中等剂量辐照使表面粗糙度降低。

Results and Discussion
通过高分辨率XPS研究ZnO薄膜的化学组成。如图1(a)所示，Zn 2p谱线在所有辐照剂量(0-500 kGy)下变化可忽略。Zn 2p_3/2峰稳定出现在~1021.2 eV，证实Zn²⁺氧化态未受电子束直接影响。

Conclusion
本研究证实电子束辐照能有效调控ZnO溶胶-凝胶溶液的电子和界面特性，使柔性OSC的填充因子从55.72%(0 kGy)提升至60.47%(300 kGy)，能量转换效率从7.61%增至8.13%。该技术为低温制备高性能柔性光伏器件提供了可规模化应用的解决方案。