有机太阳能电池中PCBM/金属界面电子结构

以C60衍生物PCBM和共轭有机聚合物的混合物作为光敏激活层的太阳能电池是最有希望走进实际应用的塑性、清洁、可再生能源。这种太阳能电池目前存在的问题是能量转换效率离实际应用尚有差距。鉴于电极对光伏器件性能影响很大，本项目旨在得到激活层/电极界面电子结构的详细知识，为设计合适的电极提供指导，进而提高能量转换效率。.在同步辐射实验站的超高真空系统中，制备金属表面的PCBM薄膜。所研究的金属为太阳能电池中常用的电极材料Au,Ag,Ca,Al和LiF/Al,包括单晶和多晶膜形态。用同步辐射光电子能谱和软X射线吸收谱原位测量各种不同厚度（亚单层至数十纳米）的PCBM薄膜的电子结构，分析界面态的形成和衍变过程，得到设计和优化电极所需的功函数、最高占据态能量、最低未占据态能量、界面偶极层特性、界面势垒等重要参数及其变化规律。

以C60衍生物PC61BM(或C70衍生物PC71BM)和共轭有机聚合物的混合物作为光敏激活层的太阳能电池即将走进实际应用。本项目研究了Au(111)、Ag(111)和Ag(100)表面的PC61BM薄膜电子结构，为电极设计以及进一步提高电池效率提供了指导。. 金属表面的PC61BM薄膜与金属衬底的费米能级调整成一致；真空能级不一致。界面偶极层除包括金属衬底和第一层分子外，还包括第二层分子。然而这个偶极层对于多层膜(三层以上)的功函数没有太大的影响。尽管不同衬底的功函数不同、单层膜的功函数也不同，但多层膜的功函数趋于一致。其原因在于一些金属原子扩散进入PC61BM薄膜改变了PC61BM的介电性能(接近金属性)、屏蔽了偶极层的影响。. 第一层分子(即单层膜)与金属衬底间有很强的化学键，因此通常所说的PC61BM/金属界面实际包含而个子界面：金属/PC61BM单层膜子界面和单层膜/多层膜子界面。每一个子界面的详细电子结构尚需进一步研究(不在本项目的研究内容之内)。