柔性有机薄膜太阳能电池的电极、界面及其结构的基本问题研究

The polymer solar cells on flexible substrates have a unique and broad application prospects. At present, how to improve the photoelectric conversion efficiency of organic polymer solar cells and meet flexible and practical requirements is urgent and key problems to be solved. Therefore, this project is about the development of flexible organic polymer thin film solar cells. The research objective is to develop 6-8% energy conversion efficiency of a large area device in the next three years. We plan to research the organic semiconductor heterojunction structures and principle, the control of the film condensed structures, the structure design of the flexible polymer film solar cell device (electrode interface modification) and the assembly processes, etc. The main contents include: the development and improvement of the principle of solar cells based on organic heterojunction (including bulk heterojunction), the explore of the high-ordered bulk heterojunction structures and the manufacture methods to achieve charge effective separation and transfer, the study of flexible electrodes, interface modified layers, the development of new polymer thin film solar cell device structures to achieve efficient collection of charges. We will study the key scientific and technical issues with regard to the manufacture of the system of flexible polymer thin film solar cell electrodes and interfaces between electrodes and active layer. We will provide a complete technical solution for the manufacture of efficient and flexible organic polymer film solar cells.

柔性衬底聚合物太阳能电池有着其独特而广泛的应用前景，如何提高有机聚合物太阳能电池的光电转换效率，达到柔性化和实用化要求，是目前聚合物光伏领域亟待解决的关键问题。因此, 本项目围绕柔性有机聚合物薄膜太阳能电池的开发, 以未来3年内大面积能量转换效率达到6-8% 为研究目标。 从有机半导体异质结结构与原理、薄膜凝聚态结构调控以及柔性高分子薄膜太阳能电池器件结构设计（电极、界面修饰）和组装工艺几方面开展系统研究。主要内容包括：发展和完善基于有机异质结(包括体异质结)的太阳电池原理，探索高有序体异质结构成与制备方法, 实现电荷的有效分离与传输;研究柔性电极、界面修饰层，发展新型高分子薄膜太阳能电池器件结构, 实现对电荷的高效收集；系统研究柔性高分子薄膜太阳电池的电极及其界面制备过程中的关键科学与技术问题，为高效柔性有机高分子薄膜太阳电池的制备提供完整的技术方案。

本项目的研究主要是为了如何提高柔性衬底有机聚合物太阳能电池的光电转换效率，达到柔性化和实用化要求。但是无论是柔性电池还是玻璃基底电池，有机半导体异质结结构与原理、薄膜凝聚态结构调控以及柔性高分子薄膜太阳能电池器件结构设计（电极、界面修饰）和组装工艺都是主要的研究对象。薄膜凝聚态结构与器件的界面对有机太阳能电池效率的提高与稳定 有很大影响；柔性电极的选择与处理及其电极的结构都是有机柔性电池急待解决的问题。因此，研究有源层的工艺和界面层的影响因素，电极结构设计解决光、电的协调性等，对进一步提高柔性器件的效率与稳定，并最终制备出高性能的有机电池具有重要意义和使用价值。 . 发展和完善有机半导体异质结形成的原理及其对电荷分离与传输的影响研究，光、电转换的给体和受体共混体系的相分离动力学过程和控制因素，开发高有序体异质结结构、薄膜制备方法和相态调控手段，膜厚、干燥退火时间、加热退火温度、时间对器件性能的影响，简单的工艺实现了效率提高。探索基于柔性衬底的薄膜形态控制手段，研究弯曲状态下薄膜形态和界面的稳定性对器件性能的影响，发展出了高效柔性电池。提出利用位阻胺做为反转电池的修饰层，器件的稳定性与效率都得到了很大的改善，实现了技术创新。从实际应用出发研究了高性能器件有源层 的简单处理方法。另外，稳定性方面也是急需解决的问题，我们探讨了稳定性的机理，及其如何能获得更稳定的器件。我们也研究了柔性电极的制备，及其电极表面的处理，为获得高效率柔性电池器件奠定了实验基础。