有机光伏电池中有机/有机异质界面激发态和能级偏移对光伏性能影响的物理机制

Organic photovoltaic (OPV) cell which acts as a clear and regenratable energy sources, internal quantum- and power conversion efficinecy of 100% and 8-10% have been respectively demonstrted,but the PV cells have not yet been used for industral applictions because there are muny scientific and technology problems that need to fuether be studied. OPV cells composed of either planar or bulk heterojection structure the contaction interface betwenn them must affect OPV performance,at the same time LUMO or HOMO band alignment (level offset) between different organic materials would also afect the PV performance.But now it is not so much clear that how the interfacail properties to affects PV performance. This application focus on impact machanism on PV performance by organic/organic interfacail propertiy. Such as, we have found that the OPV cell in which as a hole-trasnporting material(HTM) was doped in C60 matrix the PCE is dependent on offset between HOMOhtm and HOMO of C60. And we found that for anode heteroinjection (HJ)-buffer HTM/ETM the PCE is related to the offset between [HOMO]etm/[HOMO]htm. Thus PE performance could depdend on interfacail state and their band alignment. This application would guide device structure design of the PV cell and material synthesis.

作为洁净和可再生能源的有机PV电池,正受到科学界和工业界的广泛关注，有机电池的内量子效率和能量转化效率分别已经达到100%和8-10%左右，但还没有达到工业上的应用；因此还存在诸多科学和技术上的问题需要进一步研究。由于OPV电池无论是平面异质结还是体异质结，它们的接触产生的激发态都会影响PV特性，同时不同有机材料的LUMO 或HOMO的能级偏移也会影响电池的PV特性，而目前它们对PV特性影响机制还不太明了。课题组前期工作发现，平面异质结电池和小掺杂的给/受体分子界面激发态和能级偏移以及作为电极缓冲层的有机异质界面的能级偏移等对PV特性有重要的影响。为了进一步了解上述物理机制，本申请拟对界面特性对PV性能影响及机理进行深入研究，其结果对OPV结构设计和材料研制有着重要指导意义。

近年来，作为洁净和可再生能源的有机太阳能电池受到广泛关注。目前，有机电池能量转化效率已经超过10%。无论是平面异质结还是体异质结结构的有机太阳能电池，不同材料间的能级偏移和界面接触对器件的性能影响很大，而目前它们对器件的性能影响及物理机制还不太明了。在本项目支持下，我们主要对相关问题进行了深入研究，获得的主要成果如下：（1）在阳极缓冲层/有机光活性层界面处引入有机界面层，可有效抑制阳极缓冲层对有机光活性层中的激子猝灭作用，同时在界面处形成能带弯曲可有效提高器件的空穴收集能力。这种方法可以应用于肖特基电池、平面异质结电池和体异质结电池。（2）研究了给体小掺杂体系中给受体能级偏差及其对器件性能的影响。发现不同给体的小掺杂器件性能差异的原因主要是因为它们的HOMO能级不同，最佳的给受体能级差在0.8 eV左右。（3）在叠层太阳能电池的中间连接层Bphen/Ag上引入n型材料F16CuPc作为中间连接层，从而是电子-空穴在F16CuPc/有机光活性层界面进行复合，与传统的以金属纳米粒子为复合中心的中间连接层相比，复合区域变大，器件性能显著提高。（4）在电极/空穴传输层或者电极/电子传输层界面引入金属纳米粒子，如Ag、Au以及Au-Ag复合纳米粒子，一方面器件的载流子传输特性得到提高，另一方面，由于金属纳米粒子的表面等离激元效应，器件的吸收效率提高，从而使器件的性能得到改善。相关研究结果共发表SCI论文27篇，其中影响因子大于3.0的论文26篇。