基于小分子磷光染料掺杂调控有机光伏电池性能的研究

有机光伏电池近年来取得了长足的进步，但仍需在新型材料合成、新结构器件设计和制备方面开拓新的思路并进行深入系统的研究，实现综合性能的进一步提高。掺杂是一种有效调控有机发光器件光学和电学性能的技术手段，但掺杂调制有机光伏电池特性的研究还处于起步阶段。本项目将从器件物理与结构设计角度出发，以小分子磷光染料掺杂调控有机小分子光伏电池性能为研究重点，研究利用高效小分子磷光染料掺杂窄带隙电子给体材料，实现：1.利用互补光吸收特性，扩展吸收光谱区间，调制器件光谱响应，改善光吸收效率；2.建立磷光染料与给体材料间有效的能量传递机制，激发给体材料三线态激子，延长激子寿命和增加激子扩散长度，提高给体-受体异质结界面的激子分离效率；3.深化对掺杂效应下光诱导电子转移过程和机制的理解，优化器件制备过程，获得较大光电转换效率的光伏器件。本项目对于深入了解有机光伏电池的光电转换机制以及高效率器件研发都具有重要的意义。

有机光伏电池作为一种新型薄膜光伏电池技术，近年来取得了长足的进步，但仍需探索更有效的途径，在新型材料合成、新结构器件设计和制备方面开拓新的思路并进行深入系统的研究，改善光电转换效率和稳定性，实现综合性能的进一步提高。由于光谱响应宽度小、激子扩散距离短、以及电荷收集效率低等多种因素的限制，有机光伏电池的光电转换效率与理论效率尚存在较大差距。因此，提高光子的吸收效率、激子的扩散距离和电荷收集效率等成为提升有机光伏电池性能的关键点。. 掺杂是一种有效调控有机器件光学和电学性能的技术手段，但掺杂调制有机光伏电池特性的研究还处于起步阶段。本项目主要从器件物理与结构设计角度出发，以掺杂调控有机光伏电池性能为研究重点，通过小分子掺杂窄的技术路线，实现调控器件光伏性能的研究目标，为进一步提高有机光伏电池效率提供新途径。. 在本项目的三年实施过程中，我们通过小分子染料掺杂技术，发展了多种有效的能量传递手段，如Dexter能量转移、Förster能量传递等，能够有效地调节有机光伏电池对太阳光谱响应，扩展吸收光谱区间，改善光吸收效率；开发了多种具有电子传输性能的有机小分子在有机太阳能电池的倒置结构中的应用；发展多种光学调控方法实现高效有机光伏器件；提出了多种电极调控方法实现高效有机太阳能电池；以及有机太阳能电池中电子传输层、给体-受体异质结的电子结构、内部连接层的工作机理研究；深化对掺杂效应下光诱导电子转移过程和机制的理解，优化器件制备过程，先后研制出了能量转化效率超过7.2%（已发表）和9.3%（已投稿）的高性能有机太阳能电池。同时，项目实施三年中，已发表SCI论文27篇（在致谢中标注项目基金号），申请发明专利9项，共参加学术会议25次，其中国际特邀报告7次、分组报告10次；全国性会议特邀报告3次、分组报告5次；培养研究生18名。 . 本项目通过对有机光伏电池的关键界面的微观形成机制、物理化学结构、动态行为、以及退化和非稳定机制的研究，揭示了表界面结构与光电转换过程的构效关系，并在此基础上根据有机光伏器件工作原理提出界面功能调控和器件性能优化的新方法，获得了较高光电转换效率的光伏器件，为促进有机光伏器件的光电性能提供了理论和技术支持，对于下一步深入了解有机光伏电池的光电转换机制以及高效率器件研发都具有重要帮助。.