基于分子诱导取向构建高效厚膜有机太阳能电池

The power conversion efficiency (PCE) of organic solar cells (OSCs) has rapidly increased and surpassed the highest record of 12%. Current processing solvents and conditions must be considered for practical applications. However, it is almost impossible to fabricate of uniform films with 100 nm thickness using large-area printing techniques. Thus, an active layer with high thickness tolerability must be achieved for large-area fabrication. In this proposal, the new strategy based on molecular interaction will be applied to realize the goal via molecular induced face-on orientation. The morphology and synergic effect of the ternary system will be discussed, which will provide the information on how to control the molecular orientation. Moreover, this work will play very important role in developing high-performance organic solar cells with thick film.

有机太阳能电池的光电转换效率已突破12％，这为其市场化打下了坚实的基础。但是，最优器件的膜厚通常是在100nm左右，这一厚度限制了其在大面积器件加工中的推广。因此，如何构筑高效厚膜体系是有机太阳能电池领域亟待解决的重要科学问题。本项目拟根据能级匹配原则，以二维共轭聚合物为主体，从分子结构相似性、平面性和结晶性的角度选取小分子，利用分子间相互作用诱导聚合物face-on取向，构建基于富勒烯的厚膜三元有机太阳能电池体系。结合相形貌与器件性能的构效关系，揭示共轭小分子和聚合物协同作用的本质，开发出高光电转化效率的厚膜体系，为有机太阳能电池的工业化提供理论指导和技术支撑。

近年单节有机太阳能电池的光电转换效率快速发展，已突破18％，使得有机太阳能电池可以向市场化应用推广。但是，多数器件的最优效率是在100nm 左右厚度的薄膜下获得的，均匀的实现这一厚度对大面积加工工艺来说具有极大的挑战。因此，如何构筑厚膜体系是有机太阳能电池领域亟待解决的重要科学问题之一。本项目从分子间相互作用的角度出发，合理的设计有机太阳能电池体系，利用分子诱导结晶及取向，实现厚膜体系的制备。系统研究了调控分子侧链实现给体与受体分子间作用力的调节，实现诱导取向，获得高效厚膜体系。系统研究了通过加入第三组分，利用其与给体与受体分子间作用力的差别，调控给受体界面。并研究了分子诱导取向设计理念在大面积加工工艺的推广。