基于醇溶性过渡金属螯合物修饰层的反向结构聚合物太阳电池

传统本体异质结聚合物太阳电池因正极接触的PEDOT:PSS会腐蚀ITO、低功函的负极易氧化，致使电池的稳定性不佳。因此用稳定的电子和空穴收集层修饰的反向结构聚合物太阳电池备受关注。过渡金属螯合物是一类理想的电极修饰材料，但目前还没有将其用作反向结构聚合物太阳电池界面修饰层的研究报道。本项目拟利用醇溶性的过渡金属螯合物作为电极修饰材料，并设计合成能与螯合物能级匹配的聚合物光伏材料，通过光电活性材料、电极修饰材料和光伏器件的优化，实现光子的最佳利用和载流子的最大收集，最终得到光电转换效率超过7%、器件寿命超过4000小时、可溶液加工的反向结构聚合物太阳电池。对反向结构聚合物太阳电池的电极修饰层展开深入研究，将有助于理解光伏材料的表面和界面特性与溶液加工性的关系，有助于理解界面修饰层的特性与器件光伏性能及长期稳定性的关系，这对聚合物光伏材料和聚合物太阳电池的理论研究和实际应用均有重要意义。

传统本体异质结聚合物太阳电池因正极接触的PEDOT:PSS 会腐蚀ITO、低功函的负极易氧化，致使电池的稳定性不佳。因此用稳定的电子和空穴收集层修饰的反向结构聚合物太阳电池备受关注。反向结构聚合物太阳电池中电子和空穴收集材料是决定器件性能的关键。本项目的研究重点便是开发具有合适能级的电极界面材料，获得高效的反向结构聚合物太阳电池。在本项目的资助下，我们开发出钛族乙酰丙酮螯合物电子收集材料，包括乙酰丙酮钛、乙酰丙酮锆和乙酰丙酮铪。这些材料表现出宽的带隙、合适的功函、高的电子迁移率，是收集电子的理想电极界面材料。与此同时，我们通过原位制备的方法，开发出系列高功函金属氧化物空穴收集材料，包括RuOx、CuOx、CrOx、WOx、MoOx等。用这些材料代替PEDOT:PSS,不仅可以提升器件的性能，而且可以提高器件的稳定性。此外，我们对聚合物太阳电池中光电场分布的进行了调控。我们制备了基于CeOx /Al纳米陷光背电极的高效聚合物太阳电池。我们还通过调控活性层中光场的分布实现了高效的反向和正向结构聚合物太阳电池。在光伏材料的设计合成方面，我们制备了基于新型受体单元BDD的D-A共聚物PBT1和具有交联结构的共轭聚合物PBDTTT-Br。对反向结构聚合物太阳电池的电极修饰层展开深入研究，将有助于理解光伏材料的表面和界面特性与溶液加工性的关系，有助于理解界面修饰层的特性与器件光伏性能及长期稳定性的关系，这对聚合物光伏材料和聚合物太阳电池的理论研究和实际应用均有重要意义。通过本项目的资助，发表SCI收录研究论文23篇，申请发明专利15项，获北京市科学技术奖二等奖1项，应邀在Energy & Environmental Science上撰写综述1篇。