无机纳米阵列的表面修饰对聚合物/无机纳米阵列太阳电池性能影响及物理机理的研究

Important problem of polymer/inorganic nanowire array solar cells is interface problem of organic polymer and inorganic nanowire array. Compatibility between polymer and inorganic nanowire array is poor, and surface of inorganic nanowire array has a lot of defects and vacant sites, these problems severely hamper disassociation of excitons and transfer of charges in solar cells. Effectively modified nanowire array surface is the best way to solve the above problems. Currently, effective means of surface modification of inorganic nanowire array are lack and physical mechanism of the effect of surface modification on the device performance is unclear in research of polymer/inorganic nanowire array solar cells. This project aims to introduce nano-PbS, PbSe material, which possess the property that a single high energy photon excites multiple Excitons, and new surface modification materials (such as polymer PFN series), and a range of other means of surface modification, modifying surface of inorganic nanowire array, reducing defects of nanowire array, enhancing compatibility between inorganic nanowire array with polymer and the number of photo-excitons in. solar cells. The effective method of surface modification of nanowire array improving the performance of solar cell will be explored. The physical mechanism and regularity affecting property of solar cells by surface modification will be researched by transient photoluminescence spectroscopy, x-ray (or UV ray) photoelectron spectroscopy, impedance analysis techniques, a single charge transfer device.

有机聚合物与无机纳米阵列的界面问题是聚合物/无机纳米阵列太阳电池的重要问题。无机纳米阵列与聚合物之间相溶性差、无机纳米阵列的表面有大量的缺陷或空位，这些问题严重地阻碍了太阳电池中光生激子的分离及电荷的传输。对纳米阵列表面进行有效的修饰是解决上述问题的最佳办法。目前，在聚合物/无机纳米阵列太阳电池的研究中，有效的无机纳米阵列的表面修饰手段缺乏，表面修饰对器件性能影响的物理机理不清楚。本项目拟引入具有单个高能光子激发多激子性能的纳米PbS、PbSe材料、新的表面修饰材料（例如聚合物PFN系列等）及其它一系列表面修饰手段修饰无机纳米阵列表面，减少纳米阵列的缺陷，提高其与聚合物的相溶性，增加太阳电池中光生激子的数量。探索有效提高太阳电池性能纳米阵列表面修饰方法。利用瞬态光荧光谱、X射线（或紫外光）光电子能谱、阻抗分析技术、单电荷传输器件探究纳米阵列的表面修饰对太阳电池性能影响的物理机理及规律。

有机聚合物与无机纳米阵列的界面问题是聚合物/无机纳米阵列太阳电池的重要问题。无机纳米阵列与聚合物之间相溶性差、无机纳米阵列的表面有大量的缺陷或空位，这些问题严重地阻碍了太阳电池中光生激子的分离及电荷的传输。对纳米阵列表面进行有效的修饰是解决上述问题的最佳办法。本项目就纳米ZnO阵列的生长、表面修饰材料(CdSe、Sb2S3、Bi2O2S、Bi2S3、PEIE、RGO:PEIE)修饰纳米ZnO阵列表面的工艺；空穴传输层(MoO3、RGO)的制备及修饰、三元体系太阳电池等方面展开了研究，取得了一系列有意义的创新性成果。围绕本课题内容在国内、外重要学术刊物已发表论文15篇，申请发明专利8项，授权新型实用专利1项。.探究出了长度可控、密度均匀的优良纳米ZnO阵列制备工艺，为高效的纳米阵列表面修饰打好了基础。.研究表明CdSe、Sb2S3、Bi2O2S、Bi2S3材料修饰纳米ZnO阵列表面，增大了器件对太阳光谱的吸收，有效地减少了纳米ZnO阵列表面的缺陷，提高了器件中电子的传输，提高了太阳电池的性能。特别是铋基化合物(Bi2O2S、Bi2S3)的表面修饰，不仅提高纳米ZnO阵列的结晶性，而且影响了表面活性层(P3HT:PCBM)的结晶度，提高了器件寿命。Bi2O2S的表面修饰将太阳电池的能量转换效率提高了近100%。Bi2O2S是一种全新二维半导体材料，将其用于表面修饰纳米ZnO阵列为纳米阵列的表面修饰开辟了铋基化合物应用于光伏器件的一条新路径。.首次将CTAB修饰纳米MoOx材料，使得MoOx表面缺陷减少，电荷的传输提高。将其作为空穴传输层应用于PTB7:PCBM体系太阳电池能量转换效率达8.34%，高于现在商用PEDOT:PSS作空穴传输层的器件效率(8.02%)。溶液法制备CTAB-MoOx空穴传输层为大面积、柔性器件的制备打下基础。PEIE、RGO共同修饰纳米ZnO，PEIE使得纳米ZnO分散，RGO使得ZnO电导提高，PEIE:RGO:ZnO为电子传输层太阳电池的能量转效率达8.87%，高于纯ZnO为电子传输层器件效率6.91%。.首次将高迁移率、稳定的二维材料Bi2O2S作为第三种添加物混合于二元体系中，新的三元体系太阳电池的能量转换效率提高了近20%，而且三元系器件的寿命也有所提高。