非共轭小分子电解质在有机太阳能电池中的作用机理研究

In recent years, The non-conjugated organic small molecule electrolytes have showed very attractive advantages in the construction of OSCs cathode interfacial materials, Such as, high efficiency, easy to be synthesized, also can be fabricated by wet processing due to the good solubility in polar solvents such as methanol and water, thus it is very suitable for the large-scale and low-cost production of OSCs in future. At present, our group has made some achievements in the synthesis of non-conjugated organic small molecule electrolytes and the preparation of high efficiency OSCs devices. However, There is few study on the mechanism of this kind of materials on the OSCs devices' performance.. The aim of this project is to study systematically on the photovoltaic performance and working principle of non-conjugated organic small molecule electrolytes as OSCs interface materials combining with theoretical and experimental methods. First, synthesize several non-conjugated organic small molecule interface materials with different polarity, prepare highly efficient and stable OSCs devices. Then use a series of advanced analytical methods, such as, UV Absorption (Uv-vis) and Fluorescence (PL) Spectrum、Photo-electron Spectroscopy (XPS and UPS), Intensity Modulated Photocurrent Spectroscopy(IMPS) and Transient Photocurrent methode, Ultrafast Pump Current Technology and so on, to study the carrier transport and collection mechanism, the aim is to provide a theoretical guidance for the design and preparation of highly efficient and stable non-conjugated organic small molecular electrolytes.

近年来，非共轭有机小分子电解质在构筑有机太阳能电池（OSCs）阴极界面层方面具有非常诱人的优势，不仅高效，而且合成简单、易溶于甲醇和水等极性溶剂，可湿法加工，非常适合未来的大面积、低成本制备。目前申请人团队已在非共轭小分子电解质的合成，及制备高效OSCs器件方面取得一些成果。但是，此类材料对OSCs器件性能的作用机理研究还非常缺乏。. 此项目研究旨在通过理论和实验相结合的方式，系统的研究非共轭类有机小分子作为OSCs界面材料的光伏性能及工作原理。首先，拟合成系列不同极性的非共轭有机小分子界面材料，制备高效稳定的OSCs器件，然后利用一系列先进分析手段，如紫外（UV-vis）和荧光（PL）光谱、光电子能谱（XPS和UPS）、强度调制光电流谱（IMPS）和瞬态光电流谱，超快泵浦光电流技术等研究载流子的传输和收集机制等，为设计和制备高效、稳定的非共轭类有机小分子电解质提供理论指导。

非共轭有机小分子电解质在构筑有机太阳能电池（OSCs）阴极界面方面具有很多优势，不仅高效，而且合成简单、易提纯，且易溶于甲醇和水等极性溶剂等，非常适合未来OSCs的大面积低成本制备。但是，此类材料在OSCs器件中的性能和作用机制研究还非常缺乏。.本项目开展了非共轭小分子电解质界面材料的合成和光伏性能等研究。首先，设计与合成了3种含氧、硫、砜原子的非共轭小分子电解质材料（OAS、SAS和SOAS），并成功应用于非富勒烯OSCs的阴极界面修饰。其中，含硫-基小分子电解质展现出最好的界面修饰能力，电池的开路电压 (Voc)，短路电流 (Jsc)，和填充因子 (FF)得到同时提高，最终实现11.30%的能量转换效率。其次，设计与合成了3种含氮、氧和硅的非共轭有机小分子电解质（HDSID、SPSID和STSID），获得了15.57%的电池效率。结果表明：引入非共轭小分子电解质界面层，能够有效降低Al电极的功函，在活性层和电极之间形成偶极，加速载流子的有效传输。研究成果为设计非共轭小分子电解质材料和构筑高效的OSCs界面提供了参考。.在本项目的资助下，在Adv. Mater、J. Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊上发表标注本基金号（No. 61705240）的SCI 论文 15 篇，申请发明专利3项，培养硕士生 2人。项目期间，获得2018年度浙江省自然科学二等奖（2/5）。