作為一種具有重要應用潛力的新型光伏技術，有機光伏電池具有低成本、易於大面積製備的特點，提升有機光伏電池的光電能量轉化效率（簡稱：光伏效率）對於推動領域發展具有重要意義。由於可更加高效的利用太陽光，具有串聯疊層構型的有機太陽能電池在實現高光伏效率方面具有突出優勢。
在疊層有機光伏電池中，用於連接前、后子電池的隧道結同時承擔了透光、電荷收集、阻擋溶劑等功能，對於疊層光伏電池的光伏效率具有至關重要的影響。因此，構建高性能的隧道結是有機光伏電池方向的挑戰之一。
在國家自然科學基金委、中國科學院和北京分子科學國家研究中心的支持下，化學所高分子物理與化學實驗室侯劍輝課題組通過發展新型隧道結結構，製備了一系列高效率疊層有機光伏電池。他們通過在隧道結中加入超薄金屬銀，基本消除了隧道結內的非歐姆接觸（Adv. Mater. 2015, 27, 1189)；系統研究並優化了隧道結、活性層組成對子電池光場分佈的影響，並據此製備了接近20%光伏效率的疊層有機太陽能電池（Adv. Mater. 2021, 2102787)。
最近，該課題組發現在電子束蒸發二氧化鈦的過程中，金紅石相的二氧化鈦可轉化為非晶態薄膜，該薄膜不僅均勻緻密，而且具有較好的耐酸性。因此，聚（3,4-乙烯二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）可以通過溶液法在其表面形成光滑、緻密的薄膜。進一步，他們通過精確控制補氧速率，有效調節了沉積物的化學組成、電子能級、相對介電常數和摻雜密度。在最佳條件下，基於e-TiO1.76/PEDOT:PSS隧道結的疊層有機太陽能電池的光伏效率超過了20%。該結果得到了中國計量院驗證，使有機光伏電池首次跨入20%的光伏效率新階段。相關研究成果發表在最近的Joule上（10.1016/j.joule.2021.12.017），論文第一作者為鄭眾博士，通訊作者為侯劍輝研究員。
圖 利用電子束蒸發法製備的隧道結，製備了效率為20.2%的疊層有機太陽能電池