柔性η-CuPc纳米柱阵列有机薄膜太阳能电池

本项目拟采用有机气相沉积(OVPD)方法, 在柔性基片上生长具有新晶体结构和优异光电特性的η-CuPc纳米柱阵列，探索用n型有机半导体材料填充η-CuPc纳米柱阵列的方法，使之形成 "体异质结"有机薄膜太阳能电池。研究OVPD温度场、温度梯度、距离及气体分压、气体流量等因素与η-CuPc纳米柱阵列的直径、长度和方向的关系, 探索生长η-CuPc 纳米柱阵列的物理化学机制，研究n型有机半导体材料填充η-CuPc纳米柱阵列的物理化学机制，以制备器件结构优化的η-CuPc纳米柱阵列"体异质结"有机薄膜太阳能电池。为了有效提高该电池的光电转化效率，本项目将探索改善光生激子扩散距离、提高载流子迁移率和增大施主受主异质结界面表面积的有效途径; 研究影响有机薄膜稳定性的各种因素及调控方法，以提高柔性有机薄膜太阳能电池的整体稳定性，延长器件的使用寿命, 推进有机薄膜太阳能电池实用化进程。

近年来，有机薄膜太阳能电池的研发进展迅速，其产业化将产生巨大的社会和经济效益。然而其光电转换效率和使用寿命还有待进一步改善。纵观研发历程和最新的突破，新的器件制备方法及合成和制备具有优异光电性能的有机半导体材料是提高有机薄膜太阳能电池效率的有效途径。本课题旨在探索制备有机薄膜太阳能电池的新方法。采用有机气相沉积方法，在柔性基片上生长具有新晶体结构和优异光电特性的η-CuPc（η-phase copper phthalocyanine）纳米柱阵列，探索填充n型有机半导体材料于η-CuPc 纳米柱阵列的方法，使之形成体异质结有机薄膜太阳能电池。主要研究内容和结果如下：（1）公布了有机气相沉积设备的国家发明专利一项（CN 104073779 A），拥有自组装设备的知识产权。该设备稳定可靠，能够高效率、高产量、高纯度、低成本而且无污染地制备有机小分子纳米材料。通过精确控制沉积参数，在有机纳米材料生长区设置可产生不同电场强度、磁场强度和/或电磁波频率的装置，调控有机纳米/微米材料的形貌，晶体结构，光电磁等性能。自主搭建了一套有机光电子器件制备，封装及性能测试的集成系统用于有机薄膜太阳能电池的研制工作。（2）系统地研究了CuPc纳米柱阵列的生长机制，找到了有机小分子气相沉积共性的特点，通过设备创新，制备了具有新晶体结构的酞菁钴（CoPc），酞菁锌（ZnPc），酞菁镍（NiPc）等纳米材料，申报了国际专利，香港发明专利，国家发明专利。（3）根据研究过程中的新发现和新进展，我们成功制备了具有高导电率的锌锡氧化物薄膜（ZTO）缓冲层并应用于有机太阳能电池，器件效率比基于其他常见的缓冲层器件提高30％。研究表明ZTO缓冲层在有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机发光二极管等领域有较好的应用前景。（4）根据以上的新发现，我们提出了制备体异质结有机太阳能的新方法，目前正在申请国家发明专利和国际发明专利。这将为进一步研发有机体异质结太阳能电池提供坚实的基础。在课题执行期间，发表期刊论文10篇，其中SCI 5篇，EI 5篇；公开发明专利8项，包括一项国际专利；特邀会议报告1次；培养研究生5名，其中已毕业1名。