《基於P3HT和PCBM反型結構的體異質結有機太陽能電池研究》是依託吉林大學，由張歆東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於P3HT和PCBM反型結構的體異質結有機太陽能電池研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張歆東
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高性價比、高效能、長壽命太陽能電池是太陽能利用最核心的問題之一。本項目以基於P3HT和PCBM反型結構的體異質結有機太陽能電池研究為突破，從不同材料能級匹配、電子空穴擴散長度，激子分離和複合、傳輸機制以及電池器件內部光場分布理論等方面開展有機共混體系異質結光伏太陽能電池工作機理的探索研究，力求在光照下共混體系異質結產生光伏效應的反應機理、提高轉換效率方法以及延長電池壽命等方面有所突破，為進一步研製基於有機共混體系的新型體異質結太陽能電池提供理論參考。
結題摘要
隨著石油價格高漲和對全球氣候變化的關注，光伏太陽能電池作為一種可再生清潔能源越來越引起人們關注。有機聚合物太陽能電池，以有機聚合物材料為活性層，具有材料來源廣泛、重量輕、製備簡單、可大面積成膜、柔性等優點而成為人們關注熱點。目前體異質結結構是聚合物太陽能電池研究中最成功的器件結構。在光照下，聚合物異質結太陽能電池的光電轉換過程主要包括光活性層吸收光子，產生激子，激子擴散，擴散到界面處的激子發生電荷分離成自由載流子，自由載流子在給體和受體中傳輸，電極收集等幾個步驟。課題主要圍繞有機/無機薄膜異質結太陽能電池和反型體異質結太陽能電池展開工作。選取不同聚合物材料和使用有機小分子材料，研究材料吸收光譜與電池性能的關係；通過TiO2溶膠中摻雜不同比例的聚乙二醇（PEG），研究TiO2薄膜表面形貌與電池性能的關係；在電極附近蒸鍍有機小分子材料，研究不同厚度的陽極緩衝層與電池性能關係。 為了拓寬器件吸收光譜以充分利用太陽能，通常有兩種途徑，分別使用窄帶隙有源層材料和採用級聯結構。由於太陽照射的光子通量在680nm處具有峰值，人們設計許多窄帶隙材料並用於聚合物電池中來俘獲更多太陽光，但是窄帶隙材料不易合成且非常昂貴。兩層或兩層以上吸收光譜互補的體異質結級聯結構也已被用於提高能量轉換效率，但疊層電池中間層的工作機理尚不明確且很難得到高轉換效率。為了解決這些問題，我們使用有機小分子材料和聚合物材料製作了一個省略中間連線層的簡單級聯結構來提高光子吸收。在600到800nm範圍內，p型小分子材料PbPc對光具有較寬和較強的吸收，這恰好與P3HT吸收光譜(450-650nm)互補。器件的具體結構為ITO/TiO2/ P3HT:PCBM/PbPc/MoO3/Ag。TiO2為電子選擇性層，MoO3用來改善內建電勢和空穴收集效率。器件結構中同時存在P3HT:PCBM體異質結和雙層異質結PCBM/PbPc，且兩個異質結結構是並聯的。研究結果如下：短路電流密度為8.61 mA/cm2時，開路電壓為0.59V，填充因子為0.608，在AM1.5的全局模擬太陽光100mW/cm2照射下，能量轉換效率達3.09%。在本基金的資助下，相關研究成果已發表SCI檢索文章12篇，EI檢索文章1篇，申請發明專利4項，培養多名碩博研究生，全面完成了項目計畫書中的各項指標。
