高效红光聚合物端基功能化分子设计及其在有机-无机复合型太阳能电池中的应用

有机薄膜太阳能电池的开发和应用对于解决世界能源危机和减少环境污染有重要影响，它关系到人们日常生活的各个方面。要实现有机薄膜太阳能电池的商业化应用，一个必须迫切解决的重要科学问题是：研发新型高效的红光聚合物、通过器件优化设计，进一步提高此类太阳能电池的能量转化效率，并重点发展低成本、大面积、高质量的薄膜太阳能电池来解决当前全球所面临的能源危机。本课题在研究所自主创新专利的基础上，对已有的高效红光聚合物材料进行端基功能化分子设计，并引入高电子迁移率纳米晶作为受体材料，二者共混制成给体－受体互穿网络结构太阳能电池。由于聚合物端基功能化及纳米晶的高电子迁移率，通过器件优化设计有望提高载流子分离效率并获得高能量转化效率的太阳能电池原型器件。

我们在已有的研究工作基础上，从拓展给体材料的种类出发，采用成熟的溶剂热方法，选择成本低廉、环保的新的合成路线，成功合成了各种形貌的高质量CdTe纳米晶、PbS、PbSe等高质量纳米晶，并深入研究了各种反应条件诸如反应温度、前驱体浓度、前驱体种类、反应时间等对纳米晶形貌结构的影响；重点研究了羧酸盐前驱体种类、Cd与Te原子摩尔比例、反应温度、反应时间等对纳米晶形貌结构以及光学性能的影响；研究了spin-coating方法制备的ITO/CdTe/Al肖特基结太阳电池器件，并取得了5.15%的能量转化效率，其中短路电流达到接近20mA/cm2；经过器件工艺的进一步优化，器件性能达到5.34%，这是此类太阳电池的最好水平，研究表明器件具有较好的稳定性；在此基础上，我们将此成果应用到CdTe/CdS异质结太阳电池上，结合化学溶剂热方法，成功制备了ITO/ZnO/CdS/CdTe/MoOx/Al器件，通过器件设计以及热处理工艺调控，获得了很好的转化效率，目前这类电池的转化效率达到3.73%，是文献报导的最高水平；与此同时，我们还开展了PbS、PbSe纳米晶的合成以及器件制备工作，详细研究了配体保护对器件性能的影响，获得的肖特基太阳电池能量转化效率已经达到4.08%，接近国际最高水平；另一方面，从拓展研究领域出发，我们合成了一系列Ag2+δSexTe1-x纳米晶，并研究了其低温磁阻特性，发现其在200K左右有明显的峰值，最大的磁阻变化达到68%。发表SCI论文多篇，详尽内容见第二部分