基于氧化石墨烯的新型界面材料与有机太阳能电池

The potential of a flexible, roll-to-roll manufacturing process has made organic solar cells (OSCs) very attractive as a promising solution to energy and environmental issues. The proper choice of interface layers is crucial important for OSCs. Graphene oxide (GO) was preliminarily shown to be an alternative to PEDOT:PSS anode interfacial layers (AIL) in OSCs. And we have demonstrated O2 plasma treated GO with a work function of 5.2 eV as high performance AILs in organic solar cells. .In this project, high electronegative atoms, including chlorine atom (Cl) and fluorine atom (F), will be employed to modify GO, the surface properties of GO is supposed to be controlled by adjusting the content of Cl or F atoms; the surface properties and electronic structures of the GO derivatives will be characterized by Uv-vis, IR, Raman, SKPM, AFM, SEM and TEM et al.; then the GO derivatives will be used as AILs in organic solar cells, and the effect of the GO derivatives on device performance will be investigated; Time-resolved Inferred spectroscopy and fluorescence spectroscopy will be employed to study the exciton dissociation and charge transport in organic solar cells with the GO derivatives. Finally, solution-processable AILs will be developed and efficient organic solar cells will be fabricated.

有机太阳能电池进一步提高效率必须研究半导体与电极的界面结构和性能调控，开发出较低温度下基于溶液制备的高性能界面材料。氧化石墨烯可低成本制备，功函为4.9eV，丰富的官能团使其可通过化学途径调控光电性能。本项目在氧等离子体处理氧化石墨烯（功函5.2eV）作为阳极界面材料获得高效率有机太阳能电池的基础上，探索采用具有高电负性的原子或基团改性制备高功函的氧化石墨烯，以实现较低温度下可基于溶液加工的氧化石墨烯功能材料的可控制备；利用多种手段对氧化石墨烯功能材料的化学组成、表面性质及电学性能等进行表征，研究其作为阳极界面材料时性能调控对电池宏观性能的影响；结合时间分辨红外吸收光谱与荧光光谱等建立界面调控对激子分离与载流子输运等动力学过程的影响机制，实现基于氧化石墨烯功能材料的高性能界面材料的研发与高效有机太阳能电池的制备。

有机太阳能电池的应用需要进一步提高效率和开发出能够实现较低温度下基于溶液制程的新材料及其薄膜的低成本制备技术。高性能界面材料是有机太阳能电池的一个关键材料。氧化石墨烯是一种低成本、具有较好稳定性的界面材料。针对其作为阳极界面材料时功函较低的问题，本项目在氧等离子体处理氧化石墨烯（功函5.2eV）作为阳极界面材料获得高效率有机太阳能电池的基础上，采用具有高电负性的氯原子与含氧基团改性制备高功函的氧化石墨烯，实现了氧化石墨烯功函数的可控调控；利用多种手段对氧化石墨烯功能材料的化学组成、表面性质及电学性能等进行表征，研究其作为阳极界面材料时性能调控对电池宏观性能的影响；实现了基于氧化石墨烯功能材料的高性能界面材料的研发与高效有机太阳能电池的制备。在此基础上，基于偶极调控界面能级的原理，开发了离子液体这样一类新的稳定且低成本的高性能阴极界面材料，制备出效率>10.1%的有机太阳能电池。在Adv. Energy Mater.等高影响力期刊上共发表SCI论文19篇，研究成果已申请国家发明专利5件，在美国2015MRS Spring Meeting 等12个会议上做邀请报告与口头报告，其中在第一届与第二届新型太阳能电池学术研讨会和2014年两岸三地高分子液晶态与超分子有序结构学术研讨会等4个会议作邀请报告，在第一届与第二届新型太阳能电池学术研讨会等3个国际国内学术会议担任分会主席。联合培养了1位博士后（陈令成）和3位博士（杨栋、黄林泉与于为）等人才。