《基於陷光ZnO電子傳輸層的倒結構有機太陽電池的研究》是依託浙江海洋大學，由余璇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於陷光ZnO電子傳輸層的倒結構有機太陽電池的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：余璇
- 依託單位：浙江海洋大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
有機太陽電池質量輕，成本低與柔性襯底兼容，受到廣泛關注。但是，由於有機材料中光生激子擴散長度短，載流子遷移率低，限制了光活性層的厚度。因此以活性層有限的厚度實現對光的充分吸收，提高電池效率，是目前該領域急需解決的問題。引入陷光結構，可有效提高光吸收率。但是由於活性層與電子傳輸層表面能不同，差的接觸質量給電池中載流子輸運、電極對電荷的選擇及收集造成很大的損失，電池性能仍難以提升。項目申請人提出採用帶有陷光納米結構ZnO作為電子傳輸層，利用其納米結構的散光性能，結合電池背反射電極，通過光的散射、多重反射增加光在活性層中的光程，增加光吸收；同時引入修飾層，最佳化與活性層的接觸界面。使電池的開路電壓、填充因子均有效提高，實現電池效率的大幅提升。本項目對有機電池中陷光和載流子輸運機制的理論分析和實驗研究，不僅具有重大科學意義，更有望為有機電池性能提高、加快商業化生產套用提供一條新的途徑。
結題摘要
本項目研究陷光ZnO薄膜電子傳輸層對提高倒結構有機太陽電池效率的影響。主要工作：一、陷光ZnO研究：發現Mg摻雜可提高ZnO 納米柱薄膜300-430nm波段的光散射能力；利用種子層退火處理，可實現ZnO納米柱薄膜300-850nm寬光譜散射能力可控；兩步退火處理獲得電導率為2.76E-03S/cm同時具備光散射能力的Al摻雜ZnO薄膜，RMS=21.68nm，300nm-500nm波段平均Haze=9.88%。為製備光散射可調控的ZnO電子傳輸層做好了重要準備工作。二、基於陷光ZnO的倒結構有機電池：基於平面ZnO的電池器件獲得光電轉化效率2.65%，基於陷光AZO的P3HT:PCBM器件效率達到3.79%。一方面Al摻雜提高了ZnO電子傳輸層的電學性能，增強的電導率降低了表面接觸阻抗，減少了載流子複合;另一方面，通過增加光程實現有效的陷光，增強活性層的光吸收；同時增大了與活性層的接觸界面，獲得陷光和載流子傳輸特性之間的平衡，因此大幅度提高電池性能。為進一步確認陷光AZO的光散射效果，我們將其套用在PTB7:PC71BM體系中：相比平面ZnO電池，基於陷光AZO的PTB7: PC71BM器件效率從4.28%提高到6.15%，源於增強的Jsc(14.77&16.33mA/cm2)和FF(49.3%&56.1%)。雖然與國際最先進電池存在差距，但增強的Jsc (P3HT器件9.13-11.12mA/cm2；PTB7器件14.77-16.33mA/cm2)充分證明陷光AZO電子傳輸層能提供真正的光吸收增強並且與BHJ形成良好的接觸。這個簡單有效的陷光方法適用於其他薄膜太陽電池。三、銀納米線（AgNWs）透明導電薄膜的光散射研究：利用透射率計算AgNWs折射率，發現長AgNWs消光係數隨波長先降後增的趨勢；對不同長度AgNWs光學性能研究，定義了AgNWs反射方向的散射，受其格線尺寸控制，對於AgNWs的套用具有重要意義；AgNWs光散射可控研究，為其在薄膜太陽電池的套用提供了重要參考價值。項目資助發表SCI論文九篇，獲得國家發明專利授權8項，待發表論文三篇，培養在讀碩士研究生2名。項目投入直接經費20萬元，支出14.5301萬元，各項支出與預算相符；剩餘5.4699萬元，計畫用於項目研究後續支出。
