面向高效有机光伏器件的类有序电极可控制备及其宽谱等离子体特性研究

It is been widely reported that metal nanostructures can enhance the device performance of organic photovoltaic (OPV). However, typical two types of metal nanostructures including random nanoparticles and periodic grating back electrode only possess a narrow resonant absorption peak, which inevitably limits the device enhancement. Here, a quasi-periodic back electrode showing a broadband plasmonic peak is proposed to realize the broadband plasmonic absorption enhancement. The quasi-periodic back electrode is obtained by firstly fabricating the template of silver quasi-periodic nanostructure, followed duplicating the nanostructured features to the back electrode of OPV. In this proposal, through investigation of morphologies of quasi-periodic nanostructures, and study of the relation between quasi-periodic nanostructures with different morphologies and their optical properties, the broadband plasmonic properties of quasi-periodic nanostructures have been clarified. In addition, both the optical effect and electrical effect of the device have been effectively regulated through device optimization. Our current study provides a further understanding to the plasmonic effect, enriches the application of metal nanostructure in OPV, and opens a new route for high-performance plasmonic-enhanced OPV.

利用金属纳米结构提高有机光伏电池（OPV）效率是当前设计新型光伏器件的重要课题。目前常见的无序金属纳米颗粒和有序金属光栅背电极等结构无法实现OPV宽谱吸收增强，限制了器件光学效应和电学效应的有效提高。针对这一问题，本项目提出利用溶液法制备类有序银纳米结构模板，复制该模板结构特征到OPV背电极，从而设计出具有宽谱等离子体特性的类有序银纳米结构背电极，进而实现OPV器件的宽谱吸收增强。本研究在对类有序银纳米结构形貌控制的基础上，揭示不同类有序银纳米结构形貌与其光学特性的内在关联规律，阐明类有序银纳米结构的宽谱光学特性机理；然后通过类有序电极增强OPV的构筑方法研究，探索出OPV宽谱光吸收增强下光学效应和电学效应的有效调控机制。本项目有利于加深对金属材料光学效应的认识，丰富金属纳米结构在OPV中的应用，并为发展高效金属等离子体增强型OPV提供新的思路。

化石燃料的过度燃烧引发了一系列能源危机和环境污染问题，新能源的研究与发展为解决这些问题提供了有效的途径。本项目通过研究宽谱等离子体增强有机光伏器件的机理，合理设计两种等离子体结构（金属光栅和金属粒子），提出了一种新型的双等离子体器件，实现具有更好重复性的宽带增强。通过分析器件光吸收和载流子传输等性能，揭示了光伏器件中光电性能提升的内在规律，阐明了光学效应和电学效应对器件性能提升的重要关系。进一步扩展研究范围，采用等离子体增强化学气相沉积及煅烧和水热等方法，探索了光伏器件和光催化材料性能提升的影响因素。利用自组装单分子膜修饰传输层及采用金属有机框架辅助方法制备具有紧密接触界面的光伏器件和光催化剂材料，在解决载流子传输和界面接触的同时，有效解决了光伏器件效率和氢气产率的问题。最后，在性能优化的基础上对器件及材料的稳定性做了进一步研究。本项目的开展加深了等离子体特性等方法的认识，促进了高效光伏器件和用于高效产氢材料的可控制备研究及应用，为新能源的发展提供了新的技术保障。