基於分子層模板法製備有序體相異質結有機太陽能電池

《基於分子層模板法製備有序體相異質結有機太陽能電池》是依託中南大學，由陽軍亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於分子層模板法製備有序體相異質結有機太陽能電池
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陽軍亮
• 依託單位：中南大學

項目摘要

有機太陽能電池具有成本低、重量輕、柔性、製作工藝簡單等諸多優點，表現出巨大套用前景，成為全球新能源研究中的重點領域。有機太陽能電池從平面型異質結髮展到體相異質結，其轉換效率已從最初1.0 % 提高至現在的 10.6 %。但傳統體相異質結中隨意分布的無序電子給體-電子受體相分離容易形成孤立小島區，使得載流子傳輸通道非連續。孤立小島界面處激子分離所產生的載流子不能全部傳輸出去形成有效載流子，並容易和相反載流子複合，影響電池性能。最近發展的有序體相異質結不僅能保持傳統體相異質結優點，而且能通過有序體相異質結中連續通道改善載流子的傳輸和收集效率，可以進一步提高電池性能。因此，發展新的方法製備有序體相異質結就具有非常重要的意義。本申請項目擬採用分子層模板法來製備具有可控分子取向的有序體相異質結，通過揭示分子模板層誘導形成有序結構的過程和機理，最佳化有序體相異質結有機太陽能電池結構，提高電池轉換效率。

結題摘要

有機太陽能電池具有成本低、重量輕、柔性、製作工藝簡單等諸多優點，表現出重要套用前景，特別是最近兩三年發展的有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池將效率突破20%，成為全球新能源研究中的重點領域。有機太陽能電池從平面型異質結髮展到體相異質結，光電轉換效率也相應得到巨大提高。但傳統體相異質結中隨意分布的無序電子給體-電子受體相分離容易形成孤立小島區，使得載流子傳輸通道非連續。孤立小島界面處激子分離所產生的載流子不能全部傳輸出去形成有效載流子，並容易和相反載流子複合，影響電池性能。有序體相異質結在保持傳統體相異質結優點的同時，通過連續通道改善載流子的傳輸和收集效率，可以進一步提高電池性能。 在本項目資助下，申請人及團隊圍繞有序體相異質結的製備及形貌調控進行了深入研究，結合分子層模板法和斜角入射沉積技術，製備出具有分子取向的體相異質結，並揭示了薄膜的形成過程和機理進行，進而改善了有機太陽能電池的光電轉換效率。同時，尋找新型界面材料，調控體相異質結太陽能電池的光電轉換效率和穩定性。發展了新型TiO2納米晶的合成方法及新工藝，套用於低溫製備的有機太陽能電池，以P3HT：PCBM體相異質結太陽能電池為例，基於常規結構和倒置結構，獲得了4.0%~4.5%的光電轉換效率，並顯著提高了電池的穩定性。此外，基於最新發展的鈣鈦礦太陽能電池，通過發展器件新型製備技術和薄膜形態調控技術，採用低溫溶液法製備出高性能平面異質結鈣鈦礦太陽能電池，光電轉換效率超過13 %，並深入揭示高效率及無測試回滯線的機制。通過該項目的研究，揭示了有機及鈣鈦礦太陽能電池高質量活性層薄膜的形成機制，為發展大面積、高效率柔性有機及鈣鈦礦太陽能電池提供了重要參考，將進一步促進有機及鈣鈦礦太陽能電池領域的發展，加快推進新型柔性薄膜太陽能電池的產業化進程。 在本項目的資助下，在國際權威和重要期刊共發表SCI論文20餘篇，包括Chemical Reviews，Journal of Physical Chemistry C, Organic Electronics, Nanotechnology 等；申請專利10項，已授權3項；培養了碩士研究生3名，博士研究生1名；圓滿地完成了項目申請書中的預期研究成果。