高性能有机叠层太阳电池的研究

叠层结构有机太阳电池能增加太阳光谱的吸收范围和太阳电池的开路电压（或短路电流），因此采用叠层结构是提高有机太阳电池性能的有效途径之一。目前，叠层有机太阳电池研制中的主要问题是叠层结构太阳电池中各子电池之间的光、电不能有效地匹配及中间层的物理机制尚不清楚。本项目采用二电极串联、三电极并联的叠层太阳电池结构，系统研究不同中间连接层的改变对太阳电池性能的影响，通过界面效应和能带理论，探索中间层的物理机制。本项目选用吸收太阳光互补的聚合物为顶、底部电池材料，引入光学空间层及上转换材料，以便叠层太阳电池能吸收更广泛的太阳光，深入研究不同结构叠层电池中底、顶部子电池光、电的匹配，揭示底、顶部电池性能的改变与叠层结构有机太阳电池性能变化的规律。优化叠层有机太阳电池的结构，探索高性能叠层结构太阳电池制备工艺，以期制备出高性能叠层太阳电池。

项目就叠层有机太阳电池中中间连接层、界面修饰层材料（ZnO、MoO3）、活性层中电荷的输运及收集、三元系太阳电池等方面展开了研究，取得了一系列有意义的创新性成果。研究表明PFN、PEIE是优良的阴极界面修饰材料，以PEIE以阴极界面修饰层的太阳电池能量转换效率达8.3%；PFN中掺入纳米银颗粒可以使太阳电池的能量转换效率提高30%；有机溶胶法制备出了氧化钼作为阳极修饰层，使得太阳电池的填充因子高达0.71；中间连接层ZnO/Ag/ MoO3在叠层有机太阳电池中具有良好的连接功能；底、顶部子电池的短路电流匹配对于高性能叠层太阳电池的制备具有十分重要的意义；三元系（P3HT:CuPC:PCBM）有机太阳电池的能量转换效率比二元系（P3HT:PCBM）太阳电池的能量转换效率提高了约20%。