工作條件下有機太陽能電池界面的動態特性研究

《工作條件下有機太陽能電池界面的動態特性研究》是依託華中科技大學，由喬現鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：工作條件下有機太陽能電池界面的動態特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：喬現鋒
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

聚合物太陽能電池是近十年來能源領域國際前沿的研究熱點，最新研究發現，電荷轉移態的分離和複合、電極處的電荷收集是影響光伏器件光電轉換效率的關鍵過程，材料的電極化特性和電偶極是影響光伏器件關鍵過程的主要參數。.本項目將利用光致發光、電致發光、光誘導介電、掃描開爾文探針顯微鏡和電場依賴的光電流磁場效應等原位測試技術，針對給體/受體和有機/金屬界面，研究電荷轉移態與光電流、開路電壓的內在關聯，深入分析工作條件下材料的電極化特性、電偶極對電荷分離、傳輸和收集的影響規律。本項目研究將揭示材料的物理參數是如何通過開路電壓、短路電流和填充因子等器件參數來影響器件的光電轉換效率，擬建立解決短路電流和開路電壓之間矛盾的實驗和理論基礎，實現調控有機活性層電極化特性的實驗方法，最終目標是為材料設計和器件製備提供新的思路。

結題摘要

聚合物太陽能電池是近十年來能源領域國際前沿的研究熱點，最新研究發現，電荷轉移態的分離和複合、電極處的電荷收集是影響光伏器件光電轉換效率的關鍵過程，材料的電極化特性和電偶極是影響光伏器件關鍵過程的主要參數。本項目利用了電致發光、光誘導介電、瞬態光電流和電場依賴的光電流磁場效應等原位測試技術，針對給體/受體和有機/金屬界面，研究電荷轉移態與光電流、開路電壓的內在關聯，深入分析工作條件下材料的電極化特性、電偶極對電荷分離、傳輸和收集的影響規律。主要研究工作如下:（1）利用瞬態光電流和光誘導介電方法研究了界面偶極影響器件性能的規律；（2）採用熱退火的方法調控了活性層的電極化，研究了極化特性對器件性能的影響；（3）研究了不同溫度和光強下的IV特性，揭示了介電常數對光伏過程的影響規律，提出解決短路電流和開路電壓矛盾的理論方法；（4）利用光致發光磁場效應和光電流磁場效應方法研究了激發態的演化規律，從電子自旋的角度，研究了影響三重態激發態動力學的自旋因素。 通過以上研究得出如下主要結論：（1）強界面偶極可以減小電荷的提取時間，提高電荷收集效率，進而降低電荷在體內積累、複合，提高光電流和填充因子；（2）熱退火增強的局部電極化可以增加給體-受體界面電荷載流子的產生、電荷傳輸以及電極界面電荷載流子的收集；（3）提高活性材料的介電常數，減小激子的束縛能，可從根本上解決短路電流與開路電壓之間的矛盾；（4）並四苯中激發態的演化行為除受能量（溫度）因素影響外，激子間的自旋-自旋偶極相互作用也是影響激子劈裂過程的重要因素；（5）在三線態激子占主導的器件中，三線態激子-陷阱相互作用是光電導產生的主要因素； 我們的研究主要創新點有三項：第一，利用原位測試表征技術，研究了器件工作狀態下界面對光伏過程的影響；第二，揭示了介電常數影響光伏性能的重要性，為解決短路電流和開路電壓提供了證據；第三、較早的從自旋-動量守恆角度出發，研究了激發態演化的影響因素，揭示了激子間的自旋-自旋相互作用的重要性；我們的研究結論為器件設計和材料合成提供了理論依據。