顶部光入射型高效有机光伏器件的基础研究

As a promising candidate for solar energy harvesting, organic photovoltaic (OPV) technology has attracted many attentions during past decades. Device performance is continuously push forward under the efforts of researchers from all over the world. In the traditional structure of OPV devices,indium-tin-oxide (ITO) transparent conducting glasses are always used as bottom substrate. Incident light will transmit through the ITO substrate and then be absorbed the photovoltaic active layer. From the manufacturing cost point of view, ITO substrate is not a good candidate for the future applications of OPV technology, due to the limited supply of indium and its high price. Thus, there is an urgent need for OPV devices with ITO-free structure. In this proposal, we focus on the fundmental studies of top-illuminated OPV devices. This structure is believed to be promising for the low cost ITO-free OPV technology. Mealwhile, we will explore methods to enhance the device performance. The detailed studies can be summaried as following: 1. Study the usage of low-cost conducting materials as bottom electrode to fabricate the ITO-free top-illuminated OPV devices. 2. Investigate the fundmental and technical challenges in the development of high performance novel transpaerent conductors under mild conditions. 3. Understand the effect of interface modification on the devices performance. 4. Modulate the film structures and understand its influence on the device performance. With these efforts, we hope to gain insight into the top-illuminated OPV devices and achieve the high performance devcies.

有机光伏技术的研究吸引了广泛的关注，并逐步向实用化的目标迈进。目前，常规的器件结构大都采用铟锡氧化物（ITO）导电玻璃为底部基板。由于光波只能是从ITO底部电极一侧入射到器件中，因此器件对成本较高的ITO导电基板具有很大的依赖性，这是实现高性价比有机光伏器件的一个主要障碍。本项目拟对顶部光入射型的有机光伏器件展开深入研究，期望采用器件结构的变化来解决有机光伏器件对ITO导电基底的依赖性；同时通过一系列的途径来提高器件的性能。具体研究包括：1.研究采用廉价导电基板代替ITO基板所涉及的相关问题，探讨底部电极的性质和结构对器件性能的影响；2.研究顶部透明电极的光电特性及其对器件性能的影响，解决相关的基础问题和技术关键；3.研究器件界面调控对器件性能的影响；4.通过对器件各层薄膜的微结构调控，实现入射光能的最优化利用，进而提高器件性能。希望通过以上努力，最终实现高效的顶部光入射型有机光伏器件。

新型光伏技术的研究近年来吸引了广泛的关注，并已逐步向实用化的目标迈进。同时，有机无机杂化光伏材料凭借其较高的载流子浓度、扩散长度，以及廉价的制备成本而吸引了大量目光，在各种光电功能材料领域大放异彩。目前，新型太阳能电池大都采用底部光入射结构，其电极成本较高且在叠层电池等一些特殊场合具有局限性。. 本项目对顶部光入射型有机无机杂化光伏器件展开了深入研究，取得了一系列研究进展，具体包括以下四部分。一、透明电极部分。我们开发并优化了适用于顶部光入射器件的新型电极。二、光活性层优化部分。通过控制多孔性、高温快速成膜、印刷成膜、溶剂优化、添加剂优化、组分优化等手段，我们探索、开发并优化了有机无机杂化钙钛矿材料的制备方法，为顶部光入射光伏器件制备打下了坚实的基础。三、传输层和界面优化部分。通过碱金属盐修饰、复合电子传输层、优化载流子传输平衡等手段，我们探索了一系列电荷传输层的制备方法和界面优化调控手段，为顶部光入射光伏器件的结构设计打下了坚实的基础。四、顶部光入射器件结构设计和性能优化部分。综合以上各方面研究基础，我们基于银纳米线和氧化锌纳米颗粒复合顶电极和有机无机杂化钙钛矿光活性层，最终实现了具有12.4%的光电转化效率的顶部光入射太阳能电池。本项目取得了预期的研究成果，同时开拓了新型太阳能电池研究领域的多项新技术，为新型太阳能电池领域的发展贡献了一系列研究经验和方法。