高有序有机本体异质结太阳能电池的制备与研究

有机太阳能电池的研究近几年取得了很大的进展，研究的重要性日益突出，由于较小的激子扩散距离和较低的载流子迁移率，有机太阳能电池中的主要科学问题是光生激子收集困难和载流子导出困难，一个解决方法是制备在纳米尺度上具有高有序结构的有机本体异质结太阳能电池。申请人采用倾斜入射沉积技术制备出直径约100nm的结晶性并五苯纳米柱大面积阵列，系统研究了并五苯薄膜沉积参数和材料结晶性对纳米柱形态与结构的影响。本申请在这些研究的基础上，进一步探索酞菁分子纳米柱阵列的制备、形貌与结构的控制；探索高有序有机本体异质结太阳能电池的制备方法，研究纳米柱微观结构与器件性能之间的关系，通过优化本体异质结薄膜和器件工艺制备高能量转换效率的有机太阳能电池；同时还将结合纳秒级时间分辨傅立叶红外光谱和时间分辨荧光光谱等方法研究高有序有机本体异质结中光生激子复合损失的机理，为进一步研发高效有机太阳能电池提供理论指导。

为解决有机太阳能电池中光生激子收集困难与载流子导出困难的科学问题，在高有序有机本体异质结与太阳能电池的制备进行了探索。采用倾斜入射沉积技术制备出了酞菁铜、并五苯与C60三种有机半导体的纳米柱阵列，纳米柱直径可控制在100nm左右；探索了基于纳米柱阵列的高有序有机太阳能电池的制备，对本体异质结有机太阳能电池进行了优化，制备出高效率有机太阳能电池；采用预结晶制备出P3HT纳米线与高有序全聚合物太阳能电池，优化后效率与采用纳米压印技术制备的理想构型的全聚合物太阳能电池效率相同，时间分辨荧光光谱研究表明聚合物纳米线结构在全聚合物太阳能电池中具有更好的激子分离效率，从而导致了电池效率的提高。