界面调控对有机非富勒烯太阳能电池工作过程的影响研究

基本信息
批准号:21773045
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:周惠琼
学科分类:
依托单位:国家纳米科学中心
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:郑众,毕世青,Anbu Kumaresan,冷炫烨,孟瑞
关键词:
有机光伏器件物理能量转换表面性质非富勒烯受体
结项摘要

The operation of organic bulk heterojunction (BHJ) solar cells is concurrently governed by hulk opto-electronic and interfacial properties. In recent years, our Chinese researchers have made impressive breakthrough in molecular design of non-fullerene electron acceptors and power conversion efficiency (PCE) in relevant devices. Generally, non-fullerene acceptors are featured by the tunability in energetics, relative low exciton binding energy, high crystallinity and the presence of function groups with strong polarity etc. However, to date the fundamental knowledge on how the interface properties influence basic working processes in operational solar cells remains poorly understood. To gain more insights into the interface property-device performance relationships and realize improved PCEs, in this proposal, based on the established knowledge and understandings on fullerene BHJ systems, we plan to control the electronic structure at the BHJ /electrode interface, interfacial dipole interaction and surface chemistry through interface engineering in non-fullerene solar cells. With the interface modifications, we will focus on investigating the resultant changes in internal electrical field, energetic disorder, surface traps and interfacial energetic barrier in devices and elucidate how the interface properties impact exciton dissociation, charge carrier transport, recombination and extraction in operational solar cells by means of surface analysis and transient/steady-state electrical characterizations. We aim the develop a general and effective interface strategy that allows to tailor the device characteristics and ultimate PCEs. With this proposed study, we expect to frame a guideline for improving the materials design and device engineering for organic BHJ solar cells using non-fullerene acceptors.

有机太阳能电池工作过程受活性层和界面性质的共同影响。近年来,我国在非富勒烯受体分子设计以及相应的电池性能方面取得了重大突破,非富勒烯体系具有能级结构可调、较低的激子解离能、高结晶性及含强极性基团等特点。然而,目前我们对界面性质如何影响非富勒烯体系器件的基本工作过程尚不十分清楚。为了进一步揭示界面性质-器件工作过程之间的科学规律,提高非富勒烯器件转化效率,申请人拟借鉴在富勒烯体系积累的理论基础和研究手段,利用界面调控非富勒烯体异质结/电极界面表面表面功函数、界面偶极和表面化学基团等表面性质,通过表面分析、稳态/瞬态光电测试等表征方法,研究器件的内建电场、活性层能量无序度、界面能量势垒/缺陷等物理性质对非富勒烯太阳能电池器件的激子分离、电荷传输以及电荷收集/复合等工作过程的影响。建立有利于改善非富勒烯太阳能电池性能的界面调控方法,为新型有机光伏材料设计和器件优化提供参考。

项目摘要

近年来,我国在有机太阳能电池研究方面取得了突飞猛进的进展,在国际上属于领先地位。界面性质是影响有机太阳能电池的关键因素之一。本项目针对溶液法制备的有机太阳能电池的界面调控展开了系列研究工作:1)优化了界面修饰对器件内建电场的调控能力,利用原位电化学合成的方法,选用共轭聚合物阳极界面材料,改善了空穴传输层的功函数,增大了器件的内建电场,提高了器件电荷收集效率;2)通过界面掺杂的手段,钝化了活性层表面缺陷,提高了界面层的电导率,改善了器件电荷收集效率;3)通过调控界面层表面能优化了活性层形貌,显著提高了器件的填充因子和转换效率,探索了活性层堆积方式与界面层表面能选择之间的联系,揭示了界面层表面能纳米级非均一性分布对活性层形貌和器件性能的影响。上述研究成果拓展了应用于有机太阳能电池空穴传输层的新材料,丰富了对有机太阳能电池界面修饰的调控手段,加深了对界面调控对器件相关器件物理工作过程影响的理解水平,有助于实现高效稳定的有机太阳能电池。在本项目支持下,多次参与相关学术交流,在有机光电材料与器件领域为国家培养了多名的科研人员,项目负责人共发表文章42篇,其中以通讯作者身份发表了30篇研究论文,包括5篇Adv. Mater.,1篇Joule,1篇Matter,3篇Nano Energy,3篇J. Mater. Chem. A等。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
3

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019
4

生物炭用量对东北黑土理化性质和溶解有机质特性的影响

生物炭用量对东北黑土理化性质和溶解有机质特性的影响

DOI:10.19336/j.cnki.trtb.2020112601
发表时间:2021
5

动物响应亚磁场的生化和分子机制

动物响应亚磁场的生化和分子机制

DOI:10.13488/j.smhx.20190284
发表时间:2019

周惠琼的其他基金

相似国自然基金

1

非富勒烯有机太阳能电池中激子在给受体界面分离过程的理论研究

批准号:51703049
批准年份:2017
负责人:沈星星
学科分类:E0309
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

非富勒烯有机太阳能电池光伏性能调控机理

批准号:21733005
批准年份:2017
负责人:马於光
学科分类:B0505
资助金额:300.00
项目类别:重点项目
3

基于可溶小分子给体的非富勒烯有机太阳能电池研究

批准号:61604035
批准年份:2016
负责人:林慧
学科分类:F0403
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

基于窄带隙非富勒烯受体的全小分子有机太阳能电池

批准号:51773095
批准年份:2017
负责人:万相见
学科分类:E0309
资助金额:63.00
项目类别:面上项目