利用磁-光电子学研究有机太阳能电池中的电荷产生、传输、收集

本项目将利用先进的磁-光实验技术：光电流磁场效应和光诱导介电响应来研究有机太阳能电池中的激发态电荷分离、电荷传输、电荷收集等关键光电流产生过程。目的是从实验上揭示有机光伏材料内部分子极化以及库伦相互作用是如何通过给体-受体交叉复式网络结构来影响太阳能电池中的光电流产生过程，从而为发展高效有机光伏材料和器件提供有效的理论指导。最新实验研究表明体异质结有机太阳能电池中的激子分离都必须经历一个中间态：给体-受体界面上的电子-空穴对，即分子间电荷转移复合物。而光电流的产生实质上是由分子间电荷转移复合物的分离以及相应的电荷传输和收集所决定的。然而，由于缺乏有效的实验手段，对分子间电荷转移复合物形成和分离的机理以及相应的电荷传输和收集过程的认识还不够充分。本项目将采用磁-光实验技术，针对目前体异质结有机太阳能电池中的关键问题，研究内部光电流的产生过程，从而为发展高效有机光伏材料和器件做出贡献。

本项目利用独特的实验手段：光电流磁场效应和光诱导介电响应研究有机太阳能电池给体-受体界面和电极界面处关键光伏过程。在项目执行期间，我们成功利用并发展了这两大独特实验手段，得到如下重要进展：(1) 激子分离会不可避免地在给体-受体界面形成电子-空穴对；(2) 给体-受体界面电子-空穴对的进一步分离通常需要克服束缚能；(3) 给体-受体界面电子-空穴对的束缚能由来自库仑吸引力的势能和电荷传输的动能所决定；(4) 光生载流子在被电极收集形成光电流之前会在电极界面部分积累；(5) 介电层可以很大程度地减小电极界面的电荷积累。这些重要发现在材料合成和器件制备方面为进一步改善有机太阳能电池光伏效率提供新的思路。