基于可印刷陷光微结构金属电极的全溶液成型聚合物太阳能电池的研究

Full-solution processed polymer solar cells are able to be quite cost efficient, which provide a recognized effective approach to realize large-scale roll-to-roll fabrication and commercial applications. Therefore, it has important research and application value for the national energy and environment. So far, there are still two bottle-neck problems in full-solution processed devices: fabricating high-quality printable metal electrodes and improving power conversion efficiency (PCE) in further step. To address these challenges, in this project, a low-cost high-quality metal printing method based on polymer assisted metal deposition (PAMD) will be utilized to fabricate light-trapping nano-structured metal electrodes for full-solution processed polymer solar cells. This research will focus on making clear how the chemical deposition condition affects the metal thin film internal structure and components, surface morphology, replication on nano-structured substrates, electrical and optical properties. On the basis of theoretical model building, simulation and device fabrication, this project aims to achieving PCE improvement in full-solution processed polymer solar cells in attribute to the light-trapping effects from printable nano-structured metal electrodes, and meanwhile studying the relative physical characteristics. This project will set remarkable foundation for the application of this printable (nano-structured) metal thin film in optical and optoelectronic devices in the future.

聚合物太阳能电池的全溶液法制备，能够大幅度的降低器件成本，是业内公认实现大规模卷对卷生产，以及商业化应用的有效途径，因此该研究对我国能源、环境等方面有重要应用价值。目前该类器件中仍然存在两个瓶颈难题：高质量印刷金属电极制备和光电转化效率提升。本项目将利用基于聚合物辅助金属沉积方法(PAMD)的低成本高质量金属印刷技术，制备陷光金属微结构电极，并应用到全溶液成型器件中。重点研究PAMD技术成膜化学环境对薄膜内部结构和成分，表面形貌，衬底微结构的复型性，以及电学、光学特性的影响。通过理论建模，计算仿真和器件制备，实现可印刷金属微结构电极对全溶液成型器件光电转化效率提升，并研究和总结相关物理机理和规律。该研究为以后印刷金属（微结构）薄膜在光学、光电子器件中的应用奠定理论和实验基础。

聚合物太阳能电池的全溶液法制备，能够大幅度的降低器件成本，是业内公认实现大规模卷对卷生产，以及商业化应用的有效途径，因此该研究对我国能源、环境等方面有重要应用价值。目前该类器件中仍然存在两个瓶颈难题：高质量印刷金属电极制备和光电转化效率提升。本项目利用基于聚合物辅助金属沉积方法(PAMD)的低成本高质量金属印刷技术，制备陷光金属微结构电极，并应用到全溶液成型器件中。重点研究PAMD技术成膜化学环境对薄膜内部结构和成分，表面形貌，衬底微结构的复型性，以及电学、光学特性的影响。通过研究，获得高平整性（RMS 粗糙度低于2nm），高反射率（与真空沉积薄膜相差5%左右），高电导率（100nm 厚度的薄膜方块电阻小于800 毫欧/□）的金属薄膜。并且通过界面工程优化，使得金属薄膜成功应用于太阳能电池器件和有机发光器件。实验制备的柔性器件在1000次弯曲疲劳测试中，性能衰减速度明显减缓。另一方面通过理论和实验的研究，获得了良好的器件性能和抗弯曲能力。在陷光结构设计方面，通过建模、计算、优化和实验验证得到了良好效果。通过理论建模，计算仿真和器件制备，实现可印刷金属微结构电极对全溶液成型器件光电转化效率提升，并研究和总结相关物理机理和规律。该研究为以后印刷金属（微结构）薄膜在光学、光电子器件中的应用奠定理论和实验基础。项目执行期间，共发表7篇SCI论文，同时申报发明专利一项。.