利用新型无机纳米结构阵列加强有机薄膜太阳能电池效率的研究

有机太阳能电池具有巨大的开发及应用潜力，但其转化效率一直不高。充分利用有机和无机材料的优点制备的有机-无机复合太阳能电池已成为当前国际研究的一个新热点，但仍存在很多问题：迁移率低、太阳光光谱不能充分利用、材料不稳定等。针对这些问题，本项目提出用氧化物纳米棒阵列同有机材料复合制备太阳能电池，并通过纳米颗粒的进一步掺杂，提高有机太阳能电池的转化效率。我们将分析合成条件和工艺系数对纳米棒阵列特性的影响，探索改变氧化物纳米棒比表面积的方法，深入研究纳米棒阵列中影响聚合物填充的因素及掺杂量子点后对太阳光谱利用的扩展，探讨界面附近的激子分离、电子转移及传输特性对器件性能的影响。通过该项目的研究，在改善稳定性的基础上，提高有机太阳能电池中的载流子迁移，增强对太阳光的吸收利用，增强激子解离，从而提高电池的光电转换效率，开发出具有自主知识产权的氧化物纳米结构/有机复合薄膜材料太阳能电池的原创性成果。

本项目提出用氧化物纳米棒阵列同有机材料复合制备太阳能电池，并通过进一步对器件优化，提高有机太阳能电池的转化效率。我们首先研究了ZnO薄膜的成型条件，通过水热法改变实验参数制备了垂直于衬底高度一致的ZnO纳米棒阵列，在此基础上将其与聚合物相结合制备了有机无机复合结构太阳能电池。通过加入插入层修饰Zn0纳米棒及对聚合物进行掺杂等手段，提高了ZnO/聚合物太阳能电池的性能。通过将聚合物与氧化锌前驱物混合，尝试制备了具有三维互穿网络结构的有机无机复合太阳能电池器件，并对其进行了基本的优化。采用水热法和溶胶-凝胶法两种方法制备了不同形貌的二氧化钛粉末和二氧化钛薄膜，并将其与P3HT结合制备太阳能电池器件。通过使用小分子材料及溶液处理ITO等方法对器件进行修饰，研究了修饰层对器件特性的影响。通过模拟计算，研究了串并联电阻对P3HT:PCBM太阳能电池性能的影响。电池中应用广泛的小分子材料酞菁铜溶解度差，只能通过蒸镀的方式来制备器件，我们合成了水溶性的酞菁铜并通过旋涂技术制备有机太阳能电池器件，研究该水溶性酞菁铜作为给体在电池中的应用。为了进一步拓宽水溶酞菁铜的光谱覆盖范围，制备了两种卟啉酞菁联合体材料。提出三维电池的概念，介绍了三维有机太阳能电池光学设计方法，论述了其制备过程及基本机理, 探讨了三维几何结构对太阳能电池的性能参数的影响。