新型高效电子传输层的合成、组装及其在有机/钙钛矿太阳能电池中的应用基础研究

Development of high efficiency solar cells is an important approach to solve the energy crisis. In the face of the challenge, developing high efficient electron transport layer is very important to improve photovoltaic device performance. In this project, we will work on the n-type organic semiconductor small molecule electronic transport layer, which possesses dipole moment, and apply it to improve the organic/perovskite solar cells performance. Firstly, we will build organic polar small molecules, which possess permanent dipole moment, by attached the donor groups and acceptor groups at the waist or amide of perylene imide (PDI) and naphthalene imide (NDI) molecular respectively; Then, we will use some facile methods (such as spin coating, deposition, evaporation) to prepare dipole layer thin film on the surface of metal, inorganic materials, organic photovoltaic materials through the interaction between the polar molecules and materials, and then, discuss the self-assembly properties of the polar molecules, study the influence of dipole layer on interface energy level and electronic structure of electrode or photovoltaic active layer; Finally, we will apply the dipole layer thin film in the organic/perovskite solar cells devices to enhance photovoltaic efficiency. The project would also be providing theoretical basis and technical support to realize the high performance solar cells.

开发高效率的太阳能电池是解决当今能源危机重要的途径。面对这个挑战，开发高效的电子传输层对提高光伏器件性能至关重要。本项目致力于研究具有偶极距的n型有机半导体小分子电子传输层，并应用其提高有机/钙钛矿太阳能电池的性能。首先通过在苝酰亚胺（PDI）和萘酰亚胺（NDI）分子腰位或者酰胺位两侧分别引入给体基团和受体基团，构建具有永久偶极距的有机极性小分子；然后利用所设计的极性分子与材料之间的相互作用，经过旋涂、蒸镀、沉积等各种制备方法在金属、无机材料、有机光伏材料上自组装成偶极层薄膜，并探讨极性分子形成偶极层薄膜过程中的自组装机制，研究其对电极或者活性层的界面能级和电子结构的影响；最后将这层偶极层作为电子收集传输层应用在有机/钙钛矿太阳能电池器件中，从而提高器件性能。为实现高效率的太阳能电池提供理论基础和技术支持。

开发高效率的太阳能电池是解决当今能源危机重要的途径。面对这个挑战，开发高效的电子传输层对提高光伏器件性能至关重要，其中最关键的基础就是新型高效半导体材料的分子设计开发。本项目以不对称策略为核心，协同功能性端基工程，主要致力于设计合成了多个具有永久偶极距的给、受体有机半导体极性分子，并构建了太阳能电池器件。项目通过设计不对称的分子骨架调节分子的Π-Π堆积聚集性能，并借助功能性端基官能团赋予有机分子与无机氧化物电极化学键合的能力，详细研究了分子结构和端基对有机半导体分子的自组装能力、界面电子转移传输性能、能级、吸光性能等性能影响的规律。首次使用普通的X射线粉末衍射测试出在共混膜中的“边-面”芳香环相互作用信号；通过化学键合方式优化了有机-无机界面的电子转移过程；设计合成了新型有机N型掺杂剂分子，并应用于提高有机电子传输层的电子传输性能。相关研究成果已发表在国内外相关科学期刊上。