基于金属微腔的体异质结聚合物太阳能电池研究

利用陷光结构提高太阳能电池的光电转换效率是制备高效太阳能电池的一个重要环节。本项目针对体异质结聚合物太阳能电池中活性层薄、吸光效率较低这一问题，用金属Ag膜做透明电极，将金属微腔引入到体异质结聚合物太阳能电池中做陷光结构，利用微腔效应提高活性层的吸光效率，进而提高电池的光电转换效率。在理论方面，本项目将利用传输矩阵法和微腔理论深入分析体异质结聚合物太阳能电池的光学特性，着重探讨利用金属微腔和光学隔离层提高活性层吸光效率的机理；在实验方面，本项目将制备基于金属微腔的体异质结聚合物太阳能电池，在深入分析器件中各层薄膜对电池光学特性和电学特性影响的基础上，探索利用金属微腔和光学隔离层提高体异质结聚合物太阳能电池效率的方法，最终达到提高电池光电转换效率的目标。本项目的研究将为分析体异质结聚合物太阳能电池的光学特性提供新的思路，并为提高电池的光电转换效率提供科学依据。

聚合物太阳能电池具备柔性、质量轻以及潜在的价格低廉优势而成为国内外研究的一个热点。然而，在聚合物太阳能电池中，存在活性层薄、吸光效率较低的问题，这极大地限制了电池效率的提高。针对这一问题，本项目从理论和实验两个方面深入研究了聚合物太阳能电池的光学性能，并指出利用光学微腔、光学隔离层、一维光子晶体等光学结构可以提高聚合物太阳能电池的吸光效率，进而提高器件的光电转换效率。本项目具体展开了以下三个方面的研究：.第一，在理论方面，本项目利用传输矩阵法和微腔理论深入分析了体异质结聚合物太阳能电池中各层薄膜厚度对器件光学性能的影响，构建了金属微腔、双模式中度光学微腔以及光学弱腔等光学结构，深入研究了利用这些光学结构提高聚合物太阳能电池吸光效率的机理，最终阐明了如何利用这些结构优化电池器件的光学性能。.第二，在实验方面，与吉林大学合作，采用金属Ag膜和Au膜做透明电极，将金属微腔引入到体异质结聚合物太阳能电池中做陷光结构，进而提高电池的光电转换效率。实验过程中，分别以P3HT:PCBM、 PSBTBT: PC70BM和PCDTBT:PC70BM为活性层, 制备了基于金属微腔的电池器件，在深入研究器件光学特性和电学特性的基础上，探索了如何利用金属微腔提高体异质结聚合物太阳能电池效率的方法，最终实现了光电转换效率为4.5%的电池器件。.第三，在原申报书的计划内容之外，课题组根据国际研究动态，利用现有的理论计算方法和实验条件，对半透明太阳能电池进行了深入研究。课题组分析了一维光子晶体的反射相移对半透明太阳能电池性能的影响，在此基础上提出利用相位匹配层优化电池器件效率的方法，并与吉林大学合作制备了基于(WO3/LiF)N 一维光子晶体的半透明太阳能电池，从实验角度证明利用一维光子晶体可以同时提高半透明聚合物太阳能电池的光电转换效率和透明度。.基于上述研究工作，课题组在Applied Physics Letters 以及Solar Energy Materials and Solar Cells 等国内外权威期刊上发表学术论文13篇，其中影响因子大于3.0的SCI收录论文8篇，申请并获批专利1件。 以本项目研究成果为基础，项目负责人成功申报广东省高等学校高层次人才项目、广东省自然科学基金面上项目、江门市社会发展类项目（科技计划项目）各一项，总经费26万元。