面向柔性高分子太阳能电池的氧化石墨烯界面材料

Owing to its low cost and flexibility, graphene is the most promising transparent electrode to replace indium tin oxide (ITO) to be used in flexible polymer solar cells (PSCs). However, graphene-electrode-based devices suffer from low efficiency due to the mismatch of hydrophobic graphene electrode and normal hydrophilic interface materials.In this project, we aim to develop interface materials based on graphene oxide (GO) to match graphene electrode and to solve the interface problem of graphene-electrode-based device. The project will demonstrate graphene-electrode-based PSC devices with power conversion efficiency exceeding 6%. Our approach is to use some solutizing groups or specified surfactant to increase the solubilityof GO while use reduction of the carbon basal plane of GO to increse the hydrophobicity. These GO inerface materials should be solution processable with good film forming property and proper energy levels.

石墨烯透明电极具有廉价、柔性的突出优点，可以取代昂贵脆性的铟锡氧化物（ITO）电极，满足柔性高分子太阳能电池未来发展趋势的要求。鉴于目前界面材料的亲水性和石墨烯透明电极亲油性不匹配，严重制约着该类电池的效率，本申请旨在开发氧化石墨烯类界面材料，与石墨烯透明电极匹配，解决石墨烯透明电极器件界面的问题，发展基于石墨烯透明电极和氧化石墨烯界面材料的高效高分子太阳能电池器件。其途径是在氧化石墨烯上引入致溶基团或表面活性剂，并进行还原，以同时提高溶解性和亲油性；从而开发可溶液加工、在石墨烯电极上易成膜、且能级结构可控的氧化石墨烯界面材料。力争使器件效率突破6%,一方面拓展高分子光电器件界面材料新体系，另一方面为发展柔性高分子太阳能电池提供研究基础和材料保障。

高分子太阳能电池中电极与活性层之间的界面对于光电转换效率非常重要。本项目发展出溶液加工型石墨烯阳极/阴极界面材料体系和低表面能高分子阳极界面材料体系。包括，开发出氧化石墨烯阳极界面材料和阴极界面材料，实现了高分子太阳能电池能量转换效率6.3%；开发出边缘羧基化石墨烯量子点阳极/阴极界面材料体系，具有氧官能团种类单一，化学修饰可控的特点，通过调控其功函、导电率和透光率，实现了高分子太阳能电池器件效率8.8%；开发出高分子阳极界面材料，通过降低阳极界面的表面能，调控高分子太阳能电池活性层的给体/受体纵向分布，提高了器件效率。针对高分子受体材料缺乏的问题，本项目在国际上率先提出用硼氮配位键降低共轭高分子的LUMO/HOMO能级，构建高分子受体材料的学术思想，并发展出含硼氮配位键的高分子受体材料体系，实现了全高分子太阳能电池器件效率超过6%。本项目为高分子太阳能电池领域提供了特色鲜明的新型电极界面材料体系和高分子受体材料体系。