可实现有效电荷分离的有机半导体纳米线阵列的生长及高效有机太阳能电池的制备

有机半导体纳米线阵列在有机光电器件中具有重要的应用价值。如何简便快捷地垂直于基底生长有机半导体纳米线阵列是制备有机光电纳米器件需要解决的一个难题。本项目将利用外电场的诱导作用在溶液中无模板垂直生长有机半导体纳米线阵列，并研究影响其生长的条件，实现调控其形貌的目的。以有机半导体纳米线制备有机太阳能电池可以增加电子给受体的接触界面，同时改善载流子的传输性能，因此人们希望用其制备出高效的有机太阳能电池。但是激子在有机半导体纳米线的表面发生电荷分离从而生成载流子时，总是伴随着电荷的再复合，因而导致激子不能有效地发生电荷分离，器件无法获得高效的光电转换。本项目将利用在有机半导体纳米线表面包覆具有极性梯度的层层自组装聚电解质纳米薄膜的方法，使纳米线可实现有效电荷分离，并将其应用于高效有机太阳能电池的制备。本项目旨在探索纳米线生长、改性的新方法，阐明纳米尺度制造过程中结构与器件的关系。

有机半导体纳米线阵列在有机光电器件中具有重要的应用价值，如何使电荷在有机半导体纳米线表面发生有效分离且同时抑制电子回传过程的发生，是制备高效有机太阳能电池需要解决的一个难题。本项目采用外电场辅助诱导的方法在溶液中制备有机半导体纳米线阵列；通过在有机半导体纳米线表面自组装修饰单分子层的方法，使纳米线具备核壳结构，在其表面实现有效电荷分离；进一步，优化器件结构，改善基于有机半导体纳米线的有机太阳能电池的器件性能。本项目旨在探索纳米线生长、改性的新方法，阐明纳米尺度制造过程中结构与器件性能的关系。本项目按照研究计划执行基本完成了预定目标，取得了一系列成果。主要包括：1）采用溶液法制备出聚（3-己基噻吩）（P3HT）纳米线，通过选用不同的端基的硅烷分子在其表面进行自组装修饰，发现具有亲水端基的硅烷分子可以成功组装到P3HT纳米线表面，形成单分子自组装层，率先实现了有机半导体纳米线的表面修饰。把这种经表面修饰的有机半导体纳米线应用于有机太阳能电池器件中,可以在纳米线与电子受体界面实现有效的电荷分离，明显改善器件的短路电流和开路电压。2）在本项目的研究方案中我们提出用金属的纳米线阵列作为诱导电极在电场力的作用下诱导溶液中有机半导体纳米线阵列的生长。在此，我们分别通过电化学还原和银墨热还原这两种方法制备银纳米线阵列，成功制备出有机半半导体纳米线阵列的诱导生长电极。3）通过溶液加工的方法，借助燃烧反应，成功制备出基于MoO3纳米颗粒的空穴收集层用以改善有机太阳能电池的性能，该空穴收集层可以明显延长器件寿命，提高太阳能电池的长期稳定性。在本项目的支持下，共发表标注本基金资助的SCI收录国际学术期刊论文18篇。