多重电荷分离界面结构的有机薄膜太阳能电池及其机理研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
61177032
项目类别：
面上项目
资助金额：
68.0万
负责人：
于军胜
依托单位：
电子科技大学
学科分类：
F0502.光子与光电子器件
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
钟建；张磊；黄江；王娜娜；臧月；王婉；于欣格；赵娟；官志强；
关键词：
有机薄膜太阳能电池表面等离子效应光伏机理研究多重电荷分离结构混合异质结MCS器件

项目摘要

多重电荷分离界面（MCS）的有机薄膜太阳能电池能有效发挥多种有机光敏材料的优点，如先使用激子和载流子传输性能优秀的材料作为主体光敏层，后使用低HOMO能级的修饰层对异质结界面进行改性，对提高太阳能电池的开路电压和短路电流方面将有显著的效果。本项目拟从MCS器件的基础理论、结构设计和优化以及应用等方面开展应用基础研究，主要包括：1、结合新型等效电路模型、光学理论和有机光伏理论，对PHJ和混合异质结MCS器件进行模拟仿真，建立MCS器件方面较为完整的光伏机理；2、研究光敏层间的激子能量转移机理，探索具有三线态激子的磷光材料应用于光伏方面的可能性；3、采用溶剂蒸汽退火等薄膜处理工艺和MCS器件结构，为提高器件的性能提供新思路；4、拓展表面等离子效应的纳米技术的应用范围，同时融合纳米微粒修饰层和MCS结构的优点；5、根据模型仿真研究并综合薄膜处理技术和纳米技术，研制并优化混合异质结的MCS器件。

结项摘要

针对有机太阳能电池光电转换效率较低的瓶颈性难题，本项目构建了多重电荷分离界面（MCS）的器件结构，该种器件能够有效发挥多种有机光敏材料的优点，如首先使用激子和载流子传输性能优秀的材料作为主体光敏层，使用低HOMO能级的修饰层对异质结界面进行改性。.主要研究内容包括：1、建立了MCS结构的二维物理模型，并结合二维光学理论、二维激子和载流子传输方程，研究了薄膜中激子和载流子的运动过程，揭示了MCS结构中电子给体-电子受体异质结界面电荷转移态激子的形成、分离和辐射复合机理；2、研究了磷光光敏层的能级匹配以及电荷输运能力对器件性能的影响，揭示了主体光敏层与掺杂修饰材料之间的电荷传输机理，提升了有机太阳能电池的开路电压性能和光电转换效率；3、研究了热退火和溶剂添加剂两种方法对方酸小分子体异质结太阳能电池性能的影响，提出了原位退火技术在低温条件下实现了对有机薄膜的晶体成分和相分离的控制；4、研究了有机光敏材料和金属电极以及无极氧化物电极之间的界面匹配基础科学问题，结合多种有机材料作为超薄的界面修饰层，在界面修饰材料与金电极之间形成了良好的欧姆接触；5、研究了基于P3HT、PTB7等聚合物和富勒烯作为主体光敏层和方酸小分子SQ、荧光染料、TIPS-pentacene作为客体光敏材料构建了混合MCS体系的太阳能器件，并结合原位退火技术对有机薄膜形貌的控制，构建了具有高性能的MCS太阳能电池。.科学意义：本项目全面推进了MCS器件的基础理论、结构设计和优化以及综合应用等方面的研究。在理论方面：建立了MCS结构的理论模型，掌握了影响MCS器件性能的关键因子；在材料方面：充分挖掘了具有三线态激子的磷光材料应用于光伏方面的潜力；在器件方面：构建了混合异质结型MCS器件结构，并最终获得了8.1%的光电转换效率。.重要结果与关键数据：该项目的相关研究结果共发表SCI论文41篇，其中影响因子大于3的共19篇，SCI他引次数共计430次，申请发明专利19项，授权专利14项，培养硕士研究生16名，博士研究生10名，国际学术会议特邀报告7次，国内学术会议特邀报告5次，超额完成了项目计划和任务目标。