柔性鈣鈦礦型太陽能電池富勒烯電子傳輸材料研究

《柔性鈣鈦礦型太陽能電池富勒烯電子傳輸材料研究》是依託廈門大學，由謝素原擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：柔性鈣鈦礦型太陽能電池富勒烯電子傳輸材料研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：謝素原
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

基於鈣鈦礦型結構材料，可望突破長期制約柔性薄膜太陽能電池發展的效率與成本的瓶頸問題，而富勒烯作為鈣鈦礦太陽能電池所需的最重要電子傳輸材料，亟待深入研究。本項目擬設計合成一批新型富勒烯及其功能化衍生物，製備基於柔性襯底的平面異質結鈣鈦礦太陽能電池，重點探索作為電子傳輸層的富勒烯衍生物及其組裝結構與電池開路電壓、短路電流等光伏性能的構效關係，從電子遷移率、界面穩定性、及與鈣鈦礦材料兼容性和匹配性等多方面出發，研究具有不同碳籠結構和各種修飾基團的富勒烯對鈣鈦礦電池器件光伏性能的影響，理解高效光電轉換的微觀機制，最佳化新型富勒烯作為電子傳輸材料（甚至界面修飾層）的套用，為發展高效率（能量轉換效率高於15％）的柔性鈣鈦礦太陽能電池提供條件。申請者在新型富勒烯及其衍生物合成、功能化與光伏性質等方面進行了20餘年的研究，本項目立足於這一難得的基礎，從富勒烯這一重要方面來推進高效柔性太陽能電池的研究。

結題摘要

高效率和低成本的鈣鈦礦太陽能電池的出現，有望突破長期制約柔性薄膜太陽能電池發展的效率與成本的瓶頸問題，為柔性太陽能電池的發展提供了重要的機會。富勒烯及其衍生物是柔性鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的最佳候選材料，亟待深入研究。在本項目執行期間，我們合成了多種新型富勒烯及其衍生物電子傳輸層材料，製備了基於富勒烯的柔性鈣鈦礦太陽能電池，探索富勒烯的分子結構和修飾基團對鈣鈦礦電池器件光伏性能和穩定性的影響，研究了富勒烯電子傳輸材料的LUMO能級、電子遷移率和表面形貌等因素對鈣鈦礦太陽能電池光伏性能的影響，實現了原計畫設定的高效率柔性鈣鈦礦太陽能電池的製備目標。我們開發了含有酯基、苯基和吡啶基等修飾基團的新型富勒烯衍生物作為電子傳輸材料，研究了修飾基團對電子傳遞、光伏性能和界面穩定性等的影響。我們構築了基於全溶液處理的TiO2/C60雙層電子傳輸層柔性鈣鈦礦器件，效率達到16%，並且經過1500次循環彎折後，電池效率任然保持原來的80%。我們將可以低溫溶液處理的CeOx薄膜作為界面層材料引入到PC61BM和Ag電極之間，形成PC61BM/CeOx雙電子傳輸層。PC61BM/CeOx雙電子傳輸層的引入，極大地提高了器件的光照穩定性。此外，我們開展了具有新穎碳籠結構的新型富勒烯的合成工作，為本項目涉及的鈣鈦礦太陽能電池的研究提供豐富的富勒烯原料。項目的研究成果有望推動具有高效率和高穩定性的柔性鈣鈦礦太陽能電池的發展，促進鈣鈦礦太陽能電池的商業化套用。