基于新型光学空间层的高效大面积倒置型聚合物太阳电池研究

制备具有高透过率、高迁移率、合适带隙的新型光电性能优良的光学空间层，研究该材料在倒置型聚合物太阳能电池中对器件性能的影响，了解其在不同厚度、不同温度下对器件内部的光场强度的再分布、激子动力学行为的影响，获得适宜于制备高效、小面积倒置型器件的制备技术与调控手段。在小面积、高效率的倒置型聚合物太阳能电池的基础上，通过设计电子给受体材料的"电子墨水"溶液，并利用温和条件下的后处理方法构筑高有序的给体受体纳米互穿网络，控制复合薄膜的凝聚态结构及其演化过程，利用课题组独有的形貌调控技术精确的构筑光敏层中各组分的形貌，结合新的器件结构及掌握的大面积制备光敏薄膜的关键技术，实现大面积、高效倒置型聚合物太阳能电池器件，并实现器件的光学吸收、激子解离和载流子迁移等重要参数的全方位的优化。

制备了氧化锌(ZnO)和钛的络合物(TIPD)两种光电性能优良的光学空间层，并对该材料对电池器件性能的影响进行深入研究。通过优化界面层光学性能，减小了氧化锌表面的粗糙度，降低了活性层/界面层的接触电阻，减小电荷在界面处的复合机率，获得适宜于倒置器件的制备技术与调控手段。对PTB7-Th材料体系，通过优化器件制备参数，获得了有效面积9 mm2的聚合物光伏器件，其最高效率为7.8%。对P3HT材料体系，经优化由喷涂工艺制备的大面积器件(1.1 cm2)效率达到1.97%； .探索前驱体“电子墨水”在不同温度、粘度下的溶解力，获得制备大面积高效光敏薄膜的前驱体溶液。将制备的光敏层通过溶剂气氛处理及混合溶剂溶液浸泡等方式后处理，获得高有序度的具有纳米互穿网络结构的高效光敏层，在此基础上优化超声喷涂等制备工艺，集合光敏层薄膜中激子的动力学等参数优化，获得大面积聚合物太阳能电池，解决了器件面积放大带来的效率急剧下降的问题。利用PBTI3T其制备面积为0.09 mm2的器件效率达到6.5%；大面积模块的器件（1.0 cm2）效率达到6.1%；大面积模组（38.5 cm2）器件效率达到4.7%；更大面积模组器件（>100 cm2）效率超过3.6%，达到国际领先水平。