界面偶極層修飾有機太陽能電池的性能及機理的研究ppt課件

1、界面偶極層修飾有機太陽能電池的性能及機理研究主要內(nèi)容p背景簡介p研究內(nèi)容，研究目標(biāo)及擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題p項目研究方案及可行性分析p項目的創(chuàng)新之處p已有工作基礎(chǔ)及年度研究計劃背景簡介有機太陽能電池優(yōu)勢節(jié)能、環(huán)保、可再生質(zhì)量輕柔性、大面積制備工藝簡單有機太陽能電池的發(fā)展 能級不匹配； 低效的光捕獲和吸收； 較低的激子擴散距離； 電荷或者電荷轉(zhuǎn)移激子CETs的非輻射躍遷； 較低的載流子遷移率。有機層界面處空穴-電子對不能有效的分離，有機-電極界面處載流子無法有效提取p 有機太陽能電池能量丟失的主要因素 CETs的分離和復(fù)合主要發(fā)生在給體和受體材料的界面處，直接影響到太陽能電池的VOC和JSC。 有

2、機層中載流子的提取主要發(fā)生在有機-電極界面，影響太陽能電池的JSC。 當(dāng)電極和有機層之間為非歐姆接觸時，太陽能電池的VOC主要由正負(fù)電極的功函數(shù)差值決定。p 界面優(yōu)化的意義界面優(yōu)化已有研究工作u 設(shè)計新分子，調(diào)節(jié)給體-受體界面能級u 優(yōu)化給體-受體界面形貌u 界面修飾層改善有機-電極界面 金屬氟化物、TiOx、低功函數(shù)電極等 偶極層促進給體受體界面的激子分離以及有機-電極界面的電荷提取 納米顆粒增強光吸收S. R. Forrest et al. Nano. Lett. 2019, 12, 43664371.Y. Yang et al. Adv. Mater. 2019, 24, 5267-52

3、72.S. Park et al. Adv. Mater. 2019, 23, 5689-5693.300 mVPFN偶極層促進電荷的提取Y. Cao et al. Adv. Mater. 2019, 23, 4636-4643.K. Tajima al. Nature Mater. 2019, 10, 450-455.FC8和P3DDFT偶極層改變界面能級結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)激子的分離。p調(diào)節(jié)性能的機理研究不成熟p偶極矩是通過什么途徑影響器件的VOC和JSC，它們之間存在這什么樣的內(nèi)在聯(lián)系等方面，還不是十分清晰。p需要通過外加電場使薄膜極化后才能實現(xiàn)對于器件性能的調(diào)節(jié)p極化過程需要消耗大量的時間；p對

4、于器件本身就是一種損害。存在的問題p 機理上，研究載流子在偶極修飾材料界面上的微觀過程，觀察現(xiàn)象，總結(jié)機理，完善偶極修飾材料在有機太陽能電池中的工作機理，為性能的優(yōu)化提供理論根據(jù)；p 應(yīng)用上，通過加入偶極修飾層，提高有機太陽能電池的開路電壓、短路電流以及光電轉(zhuǎn)換效率等性能指標(biāo)，同時優(yōu)化修飾層處理工藝，得到高效率、低成本、易加工的有機太陽能電池。研究目標(biāo)p 具有偶極材料修飾的有機太陽能電池的制備p 制備高穩(wěn)定性的有機太陽能電池。p 偶極修飾材料在太陽能電池中的工作機理研究p 偶極修飾材料不同的修飾層厚度、極化程度、極化取向；p 不同界面處的偶極層修飾；p 探究偶極材料對于激子分離、電荷的提取等方

5、面的影響。p 偶極修飾材料對于太陽能電池薄膜中的光響應(yīng)以及對光吸收的影響p 加入偶極修飾材料前后，器件對于光吸收效率的改變，以及器件性能的改變；p 在光照前后、不同光照強度、不同波長的光的作用下，偶極材料性質(zhì)的改變；p 探索偶極界面對光的反射以及薄膜內(nèi)光強的分布情況。p 偶極修飾材料成膜工藝的優(yōu)化p 形成自極化薄膜，無需外加電場極化，減少偶極材料處理時間及對器件的電學(xué)損害。研究內(nèi)容p偶極修飾材料和有機半導(dǎo)體材料、金屬電極界面處的激子分裂與電荷轉(zhuǎn)移的動力學(xué)問題p影響太陽能電池性能的關(guān)鍵區(qū)域之一是其界面。p已有的文獻(xiàn)僅有偶極材料對器件性能的影響，很少涉及到其是如何影響器件性能的這一本質(zhì)問題；處于兩

6、層薄膜中間的微觀過程的觀察是一個難點，也是我們要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。p偶極修飾材料的光響應(yīng)問題p光照與否、不同的光照強度、以及不同的光照波長對于偶極修飾材料薄膜本身的構(gòu)型和偶極方向會產(chǎn)生怎樣不同的改變，是本項目需要解決的另一個關(guān)鍵點。p探索一種研究偶極界面對光的反射以及整個器件薄膜內(nèi)光強分布的方法。擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題 器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計 半導(dǎo)體材料的選擇 偶極材料的選擇研究方法P(VDF-TrFE)ITOITODonorDonorAlAlAcceptorAcceptor利用直流偏壓電容頻率(C-f)法和XRD手段研究獨立的偶極修飾層介電常數(shù)、內(nèi)部陷阱的密度和能量分布及偶極層表面各成分含量。利用電

7、容-電壓(C-V)測量方法研究界面、偶極層中的電荷分布。開爾文探針顯微鏡(KFM)檢測界面電勢分布，從而確定偶極層的極化程度和極化取向，探索不同外加電壓下，薄膜的極化程度和取向。研究方法開爾文探針顯微鏡(KFM)電容電容-電壓電壓(C-V)利用太陽能模擬器和電流-電壓法，測試太陽能電池的各項性能指標(biāo)。利用數(shù)學(xué)軟件模擬薄膜內(nèi)光強分布模擬光強分布可行性分析p 有機半導(dǎo)體材料和偶極材料選擇可行p PCBM和P3HT的研究十分廣泛，其成膜技術(shù)十分成熟，器件性能穩(wěn)定，因此可以很大程度上減少機理研究中的不確定性因素，同時得到較高的性能。p P(VDF-TrFE)是極性分子構(gòu)成的晶體，已有研究表明其可以實現(xiàn)

8、制備極薄的自極化薄膜，能夠較好的應(yīng)用于有機太陽能電池中去。p 測試和分析手段常見且可行p XRD、KFM、C-V、I-Vp 涉及的工藝制備過程可行p 旋涂p 蒸鍍成膜p L-B成膜法p 本項目利用特殊的界面修飾偶極材料P(VDF-TrFE)修飾獲得超薄的自極化薄膜，并探索其形成機理，優(yōu)化成膜工藝，減少處理時間和損害，這種思路未見報導(dǎo)，有創(chuàng)新性。p 本項目調(diào)節(jié)偶極材料中極化程度和取向，從而獲得不同器件性能參數(shù)，再用于研究機理。p 本項目同時調(diào)控太陽能電池中給體-受體界面的激子分裂和有機-金屬界面的電荷轉(zhuǎn)移，從而提高器件的效率，這種思路是本項目的特色，有創(chuàng)新性。創(chuàng)新性p 界面機理研究：分別使用PM

9、MA和PVP修飾Ta2O5和并五苯的界面，從界面入手分析電荷傳輸機理；同時利用KFM分析表面電勢分布。前期研究工作基礎(chǔ)J. Mater. Chem. 2019, 22, 11836-11842.Org. Electron. 2019, 13, 2917-2923.PMMA和PVP修飾的界面能級圖并五苯表面電勢分布已發(fā)表工作 Dong Li, Guifang Dong, Lian Duan, Liduo Wang, Yong Qiu. The Journal of Physical Chemistry C, 2019, 116, 5235-5239. Dong Li, Guifang Dong,

10、 Lian Duan, Deqiang Zhang, Liduo Wang, Yong Qiu. IEEE Electron Device Letters, DOI: 10.1109/LED.2019.2274522. Qiujian Sun, Guifang Dong, Dong Li, Lian Duan, Liduo Wang, Yong Qiu. Organic Electronics, 2019, 13, 3276-3283. Qiujian Sun, Dong Li, Guifang Dong, Xiaomin Jin, Lian Duan, Liduo Wang, Yong Qiu. Sensors and Actuators B: Chemical, 2019, 188, 879-885.制備具有偶極修飾層的有機太陽能電池，研究偶極材料的引入，研究不同外加電壓與器件性能之間的關(guān)系，從而優(yōu)化偶極層處理工藝。改變偶極材料修飾層的位置，研究器件結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)。探索界面處的激子分裂和電荷轉(zhuǎn)移過程，在偶極場和原有內(nèi)建電場的共同作用下的電子轉(zhuǎn)移躍遷效率。探究不同的極化程度和極化取向?qū)τ诮缑嫣幍募ぷ臃至雅c電荷轉(zhuǎn)移的不同作用，提出可能的模型。優(yōu)化太陽能電池的性能，嘗試其它合適的高性能