表面能 (γ s ) 在溶液法制造的有机太阳能电池中体异质结 (BHJ) 薄膜的形成中起着关键作用。BHJ 薄膜的混溶性可以通过施主和受主之间的表面能差异来预测。BHJ 薄膜的垂直分布和堆叠取向可以通过底部界面层的表面能来调节。薄膜的表面能通常通过使用 Owens-Wendt 模型测量接触角来获得。

然而，这种测量方法不能反映纳米级范围内的表面能分布，也不能直接解释BHJ结构中的纳米级堆积和相分离。

最近，一个由教授领导的研究小组。中国科学院(CAS)国家纳米科学中心(NCNST)的周慧琼、邱晓辉和张勇提出了研究有机太阳能电池界面层纳米级表面能分布调控的新策略。该研究发表在《焦耳》上。

研究人员使用基于 AFM 的峰值力定量纳米力学映射 (PFQNM) 技术来表征有机太阳能电池中空穴传输层的纳米级表面能分布。他们发现通过掺杂不同横向尺寸的MoS 2纳米片可以有效调节poly3,4-亚乙基二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的表面能分布，并可以扩大PEDOT:PSS分布的不均匀性。表面能的异质分布(HeD-SE)可以进一步调节活性层的分子分布、晶体取向和相分离。

由于HeD-SE对活性层形态的优化，有机太阳能电池的性能和稳定性得到了提高，最佳功率转换效率(PCE)为18.27%。此外，PCE 的增强率与 BHJ 中 Δγ s的增大成正比。

周教授的研究小组一直致力于接口操纵在溶液加工的有机太阳能电池，并进行了一系列的研究，在表面能量调节有机太阳能电池。研究人员首先通过在 PEDOT:PSS 中加入 WO x纳米粒子，在有机太阳能电池中实现了 80% 的高填充系数。然后他们探索了活性层的堆叠取向、有机太阳能电池的性能和界面层的表面能之间的关系。界面改性策略用于研究倒置器件中的电子传输层，并已用于钙钛矿太阳能电池。通过使用生物聚合物肝素钠修饰表面 能，钝化钙钛矿太阳能电池的界面缺陷，提高PCE和稳定性。