《超薄活性層有機太陽能電池研究》是依託華東師範大學，由陳曉紅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超薄活性層有機太陽能電池研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳曉紅
- 依託單位：華東師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
綜合運用掩膜技術、納米壓印技術、真空熱蒸發和磁控濺射鍍膜技術，結合時域有限差分法（FDTD）模擬分析，研製準周期性、非周期性、隨機性、準周期性與隨機性相結合的金屬納米結構，並用介質材料修飾，使其表面電漿共振波長範圍覆蓋整個可見光區，甚至近紅外區。探索金屬納米結構和其表面電漿效應與活性層中激子、載流子相互作用機制。集成於超薄活性層（30-60nm）有機太陽能電池（OPV）的金屬納米結構陣列的定域態表面電漿共振（LSPR）能適當耦合形成部分短程表面等離激元（SPP）模式，使超薄活性層光學厚度接近厚度為80-250nm的活性層光學厚度，並控制金屬內歐姆震盪熱損耗。採用界面修飾手段和最佳化電池結構，克服超薄OPV電池可能存在的界面勢壘和載流子複合增加，以及電池並聯電阻Rp下降等難題，力爭該超薄OPV電池效率比傳統厚度OPV電池效率提高15%以上，熱穩定性和壽命優於傳統OPV電池。
結題摘要
有機太陽能電池中光活性層通過存在激子擴散距離短和載流子遷移率低等問題，存在活性層厚度增加導致電池載流子傳輸收集降低的矛盾。通過設計金屬納米結構和電池結構，能有效改變金屬納米薄膜的表面電漿共振特性，以及金屬納米結構與電池相互作用機制。 基於金屬納米結構的表面電漿效應，我們開發出了低阻高透熱穩定增強的GZO/AgTi/GZO透明導電薄膜，其方塊電阻約5Ω/□,最高透光率86%，可見光區的平均透光率明顯優於同等方阻下ITO導電薄膜，並且經過400度30分鐘退火後，薄膜性能仍保持穩定。採用該導電薄膜電極，聚合物太陽能電池效率可達到9.40%，與ITO電極製備的OPV效率9.43%相當，並且電池耐紫外能力相比ITO電極電池有顯著增強。因此，GZO/AgTi/GZO透明導電薄膜的透光率、方阻、熱穩定性以及耐紫外性等綜合性能優於商用ITO導電薄膜。 基於Au/LiF/ZnO結構電子傳輸層，採用超薄活性層厚度60nm的P3HT:PCBM基OPV電池效率達到3.68%，相比純ZnO的電池提高了40%。利用plasmon效應，達到活性層增加“光學厚度”目的。空氣條件下存放240天，LiF修飾ZnO的OPV電池效率仍保持50%以上，其穩定性明顯優於純ZnO的電池。採用MoO3/AgAl/MoO3/AgAl結構電極, AgAl相比Ag能很好抑制Ag原子擴散，提高了載流子傳輸和收集能力。基於PTB7-TH:PC70BM體系的OPV電池，利用AgAl納米結構表面電漿效應，OPV電池效率達到9.79%，明顯高於參考電池8.55%。經120天老化測試，採用AgAl和Ag納米結構的電池效率分別保持了60%和26%，AgAl結構的電池穩定性顯著增強。 採用AgAl合金電極替代Ag和鋁電極方案，研製出高效穩定的聚合物太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池。採用LiF/ZnO電子傳輸層和AgAl電極綜合方案，PTB7-TH:PC70BM基OPV電池效率到達10.33%。經過380天的衰減，電池效率仍保持初始效率的78%，顯示出極好的穩定性。AgAl電極中形成的AlOx有助於改善界面接觸特性，增載入流子提取效率，抑制Ag原子擴散，是增強電池效率和穩定性的根本原因。
