《基於全溶液製程的有機聚合物/納米晶疊層太陽電池》是依託蘇州大學，由馬萬里擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於全溶液製程的有機聚合物/納米晶疊層太陽電池
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馬萬里
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
美國Konarka公司在2010年宣布了有機聚合物太陽電池的當前最高效率8.3%。該效率仍遠低於單晶矽太陽電池的25%。這種差距主要是因為具有較寬頻隙的聚合物不能充分利用全太陽光譜的能量。而疊層技術的採用會有效拓寬太陽電池吸收的光譜範圍，並降低高能光子吸收後帶來的熱損耗，將光電轉換的理論效率從有機單結太陽電池的11%提升到15%。為克服有機疊層太陽電池的工藝困難和當前的效率瓶頸，本課題組提出將窄帶隙，高吸收，高量子限域效應的納米晶與有機聚合物共用，取代弱吸收的富勒烯，製作基於納米晶、聚合物/納米晶的雜化疊層太陽電池。這種器件結構能充分利用有機聚合物、納米晶兩種材料互補的特性。納米晶的引入便於製作多層結構；通過調節納米晶的尺寸可以改變其帶隙，實現全光譜吸收，並解決子電池間帶隙失配的問題；納米晶的量子限域效應可以帶來多激子產生效應。本課題組還將致力解決雜化系統中電荷轉移等關鍵科學問題。
結題摘要
導電有機材料和無機納米晶的太陽能電池可採用全溶液製程，用印刷的方式大面積高速量產。另外，這種新型太陽電池可採用柔性襯底，具有傳統矽太陽能電池不具備的柔韌性和便攜性，在移動電子產品市場上具有得天獨厚的優勢。但是，此類電池的能量轉換效率與矽太陽能電池相比相差甚遠。由於聚合電池的主要吸光範圍在可見光範圍，而納米晶由於具有窄帶隙和量子限域效應，在近紅外區域有很不錯的光伏回響。我們的策略是構築聚合物/納米晶疊層太陽能電池，充分利用太陽能光譜提高光吸收，最終提高器件效率。 首先我們設計合成了一系列窄帶隙聚合物材料，在聚合物/PCBM體系中，單節電池的能量轉換效率達到6.17%，開路電壓（Voc）高達1.0V的器件，為Voc超過1V的聚合物中能量轉換效率最高的器件。此外,我們通過最佳化量子點尺寸，組分和表面配體，已獲得單節PbS量子點電池效率8.6%。在單節聚合物/納米晶雜化太陽能電池方面我們獲得了5.50 %的世界最高效率。在此基礎上，我們對疊層器件中的中間複合層進行攻關，成功實現了子電池的電壓疊加，獲得了可喜的成果。聚合物/納米晶疊層太陽能電池獲得效率5.2%；聚合物/聚合物疊層太陽能電池獲得效率6.64%；納米晶/納米晶疊層太陽能電池獲得效率7.48%；其中聚合物/納米晶疊層和納米晶/納米晶疊層太陽能電池效率均為目前文獻報導的最高值，體現了我們成果的先進性。 通過本項目的實施，我們對基於聚合物和納米晶的子電池雜化太陽能電池器，疊層太陽能電池從材料設計合成到器件構築均做了系統的研究，部分成功已達到世界領先水平，大大促進了我國在此類新型光伏電池方面的發展。今後我們將繼續攻關，爭取進一步提高器件效率，推進此類新型廉價太陽能電池的產業化。
