基于柔性衬底的超厚活性层聚合物太阳电池光伏性能研究

Developing high-efficient and ultra-thick active layer polymer solar cells (PSCs) based on flexible substrate can improve the compatibility of laboratory-scale PSCs processing with large-scale roll to roll (R2R) processing. To this end, this proposal will employ the heat control-solution process to prepare ultra-thick active layer based on the blend of conjugated polymer PBDT-DTNT and PC71BM, and adopt the polyethylene terephthalate/indium tin oxide (PET/ITO) substrate to assemble flexible PSCs. More specifically, this proposal will investigate the effect of the thick film formation process on the quality of the active layers with different thickness based on flexible substrate, and the effect of various morphology optimizing methods, device interfacial engineering and different active layer thickness on the carriers transport characteristic and performance parameters of PSCs. This proposal will develop a novel approach for fabricating and optimizing high-efficient flexible PSCs with thick active layer. This proposed research is very significant to improve the large-scale R2R processing compatibility of PSCs, and meaningful to promote the commercialization of PSCs.

开发超厚活性层的高效柔性聚合物太阳电池可提高实验室规模的制备工艺与卷对卷（Roll to Roll，R2R）相关生产技术兼容性，促进聚合物太阳电池的大面积高产量生产。本项目基于共轭聚合物PBDT-DTNT和PC71BM共混体系，采用聚对苯二甲酸乙二醇酯/氧化铟锡（PET/ITO）柔性衬底，通过热控湿法成膜制备超厚活性层的柔性聚合物太阳电池。研究厚膜的成膜工艺对基于柔性衬底的不同厚度的薄膜成膜质量的影响，研究多种形貌优化手段、器件界面工程以及不同活性层厚度对活性层中载流子传输特性以及PSCs器件各项性能参数影响的内在机理和一般性规律，开发高效柔性厚膜聚合物太阳电池制备和优化的新方法和新途径。本项目研究为提高聚合物太阳电池的实验室制备工艺与R2R生产工艺的兼容性提供了新的思路，对促进聚合物太阳电池的商业化应用起到积极作用。

开发和利用太阳能以及实现建筑节能可以有效缓解当今世界面临的能源短缺问题。聚合物太阳电池以其低成本加工工艺、轻便柔性、可以大面积制备等优势被广泛研究。开发超厚活性层的高效柔性聚合物太阳电池可提高实验室规模的制备工艺与卷对卷（Roll to Roll，R2R）相关生产技术兼容性，促进聚合物太阳电池的大面积高产量生产。本项目基于共轭聚合物与富勒烯衍生物共混体系，通过热控湿法成膜制备超厚活性层的柔性聚合物太阳电池。研究了厚膜的成膜工艺对基于柔性衬底的不同厚度的薄膜成膜质量的影响，研究多种形貌优化手段对厚膜活性层微观形貌以及载流子传输特性的影响；另外通过界面工程修饰阳极界面和阴极界面，抑制了电荷损失，增强了费米能级的分离，从而实现大的开路电压和高的能量转换效率。以上结果对于基于共轭聚合物的太阳电池的器件结构设计以及性能优化具有重要的参考意义，为开发高效柔性厚膜聚合物太阳电池提供了新方法和新途径，有利于推动太阳电池大规模R2R生产。另一方面，针对建筑节能，本项目同时开展了基于液晶高分子的电控红外反射器件的制备与优化工作。研究了不同高分子胆甾相液晶薄膜的厚度对器件光电性能的影响；研究了不同光聚合条件对器件反射带宽以及响应时间的影响；通过对材料体系以及器件制备工艺进行优化，我们实现了低能耗、响应快、宽反射带宽以及可见光高透射率的红外反射器件，通过模拟实验，在一个太阳光(AM1.5G)照射下，与普通玻璃相比，用该器件作为窗户可以有效降低室内温度5℃，这一结果使得该红外反射器件在建筑节能领域有着巨大的应用前景。