纳米材料的表面修饰对聚合物/无机杂化体系光电池性能的影响

Inorganic nanomaterials as electron acceptor materials, due to the polarity problem, usually made with polymer with double or multiple photovoltaic devices. Nanometer material/polymer hybrid bulk phase heterojunction can increase the contact areas between polymer and nanometer materials, and induce the more effective charge separation. The surface of the nanometer material has no photoelectric active surface ligand, the ligand hindered the direct contact between nano materials and polymer, and to the detriment of charge transport. Based on the key problem of hybrid systems, through to surface modification of the nanometer materials with of different dye ligand, we expect to change the nanometer material solubility and luminous performance, and to form a stable and dispersion of nanometer materials. By improving the dispersion of nanometer materials in the polymer, improve the interface contact of inorganic and organic facies, and improve the charge transfer. Moreover, through optimizing device preparation conditions, we expect to improve the photoelectric conversion performance of the inorganic/polymer hybrid systems. To realize the effective use of solar energy.

无机纳米材料作为电子受体材料，由于极性问题，通常与聚合物一起制成双层或多层光伏器件。纳米材料/聚合物杂化体相异质结可增大聚合物和纳米材料的接触面积，更有效的实现电荷分离。但纳米材料的表面不具光电活性的表面配体，阻碍了纳米材料与聚合物之间的直接接触，不利于电荷传输，是限制电池效率的一个重要因素。本研究针对杂化体系光电池的关键问题，通过对纳米材料进行具有光电活性的不同染料配体的表面修饰，改变纳米材料的溶解性和发光性能，形成稳定和分散的纳米材料。通过提高纳米材料在聚合物中的分散性，改善有机相与无机相间的界面接触，提高电荷转移。并通过优化器件制备条件，提高无机/聚合物杂化体系光电池的光电转换性能。从而制备出低成本、环保、能量转换效率高的无机/有机杂化体系光电池，实现对清洁能源- - 太阳能的有效利用。

本项目运用溶解度参数理论，总结出一种溶解度参数的数学计算方法，并将其应用到纳米ZnO粒子的分散实验中。用原子力显微镜测试方法对分散处理之后的ZnO薄膜表征，找到了最佳的溶剂配比，同时也验证了溶解度参数数学计算方法的正确性；将利用溶解度参数理论方法制备出的ZnO电子传输层，应用于倒置有机薄膜太阳能电池中,制备出了高效率的电池器件。本项目提供的这种方法，不需要其他类似表面活性剂材料修饰ZnO纳米粒子，仅仅通过运用溶解度参数理论调节ZnO纳米溶液的极性与非极性溶剂比例及种类来制备出较好质量的ZnO纳米薄膜，是一种简便、高效、环保的配置无机纳米有机溶液的方法，为以后制作有机太阳能电池以及共混太阳能电池提供了最佳的纳米ZnO有机溶液。同时，本项目利用具有自发极化和光伏效应的无机铁电纳米材料来改善有机太阳能电池中光敏层的有机半导体材料性质，引入无机铁电薄膜层来优化器件结构，从而提高其光生载流子的产生、传输和收集效率，减少电子和空穴的复合，提高其光电转换效率。另外，针对 α-Ni(OH)2 稳定性差的问题，优选掺杂元素种类，优化掺杂元素配比，制备出结构稳定且性能良好的二元和三元掺杂 α-Ni(OH)2，并研究了阴离子对氢氧化镍晶相及其结构稳定性的影响。