兼具p型和n型修饰功能的界面修饰材料的制备及其在高性能光伏器件中的应用

In comparison with other solar cells, polymer solar cells have obvious advantage of low cost, good flexibility and extendable area. At present, development of advanced interfacial modification materials for optimizing device fabrication has become an effective strategy of promoting power conversion efficiency. This project aims at developing the two-polar interfacial modification materials in which both p-type and n-type interfacial modification layers are the same material, so as to achieve multifunction of single material. Also, the polymer solar cells with symmetrical structure will be fabricated by using the two-polar interfacial modification materials. Because of using the same material as both p-type and n-type interfacial modification layers, the device fabrication and process could be simplified and the power conversion efficiency could be improved greatly. These research results are of considerable significance for promoting overall performance of polymer solar cells and practical application.

相比其它太阳能电池，聚合物太阳电池在低成本，柔性，大面积制备等方面具有显著优势。现阶段，通过开发新型界面修饰材料来优化器件结构，已经成为提高能量转换效率的有效手段。本项目以发展新型双极性界面修饰材料为目标，即单一材料在器件中可以同时用作p型和n型界面修饰层，从而实现单一界面材料的多功能化。同时，利用双极性界面修饰材料的独特功能，来制备新型的具有对称结构（活性层两侧的p型和n型界面层用同一种材料）的聚合物光伏器件。在这种对称结构的光伏器件中，器件的p型界面修饰层和n型界面修饰层全部使用同一种修饰材料，不仅极大的简化了器件结构及其制备工艺，也将显著的提高光伏器件的能量转换效率。这些研究结果对提升聚合物太阳电池的综合性能和促进实际应用具有重要意义。

有机太阳能电池（OSC）具有重量轻、制作工艺简单、可通过廉价的印刷工艺制备大面积柔性器件等突出优点，已经被认为是一项具有重要应用前景的新型光伏技术。现阶段，开发高性能的电极界面层材料已经成为提高OSC能量转换效率的有效手段。本项目发展了兼具正极和负极修饰功能的界面修饰材料PFS，并基于PFS制备出新型的、具有对称结构的有机太阳能电池（OSC），简化了器件的制备工艺。此外，设计、合成了pH中性、具有自掺杂特性的正极界面层材料PCP-Na。基于PCP-Na和ZnO发展出高性能的中间连接层用于制备叠层OSC器件，获得了13.8%的能量转换效率，是同期有机光伏领域的最高效率。另外，通过掺杂的方法大幅提高电极界面层材料的载流子传输性能，开发出可印刷的正极和负极界面层材料，并制备出高效率的大面积（1 cm2）有机太阳能电池。通过本项目的实施，我们不仅获得了系列高性能的电极界面层材料，还显著提高了OSC单层、叠层和大面积器件的光伏效率。