基于窄禁帶有機(jī)光伏材料的高效率有機(jī)太陽(yáng)能電池的中期報(bào)告

基于窄禁帶有機(jī)光伏材料的高效率有機(jī)太陽(yáng)能電池的中期報(bào)告摘要：有機(jī)太陽(yáng)能電池作為一種新興的綠色能源技術(shù)，具有簡(jiǎn)單制備、低成本和靈活性等優(yōu)勢(shì)。本文研究了基于窄禁帶有機(jī)光伏材料的高效率有機(jī)太陽(yáng)能電池。通過在太陽(yáng)能電池器件中摻入n型和p型有機(jī)半導(dǎo)體，形成p-n結(jié)的方式，提高了載流子的分離效率和電荷收集效率。同時(shí)在材料設(shè)計(jì)和器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化上，提高了器件的光電轉(zhuǎn)換效率。研究結(jié)果表明，采用窄禁帶有機(jī)光伏材料制備的有機(jī)太陽(yáng)能電池，可以達(dá)到高于10%的光電轉(zhuǎn)換效率。關(guān)鍵詞：有機(jī)太陽(yáng)能電池；窄禁帶有機(jī)光伏材料；p-n結(jié)；光電轉(zhuǎn)換效率Abstract：Organicsolarcells,asanewemerginggreenenergytechnology,havetheadvantagesofsimplepreparation,lowcost,andflexibility.Inthispaper,thehighefficiencyorganicsolarcellsbasedonnarrow-band-gaporganicphotovoltaicmaterialsarestudied.Bydopingn-typeandp-typeorganicsemiconductorsintothesolarcelldevice,ap-njunctionisformedtoimprovetheseparationefficiencyandchargecollectionefficiencyofthecarriers.Meanwhile,theoptimizationofmaterialdesignanddevicestructureimprovesthephotoelectricconversionefficiencyofthedevice.Theresearchresultsshowthatorganicsolarcellspreparedusingnarrow-band-gaporganicphotovoltaicmaterialscanachieveaphotoelectricconversionefficiencyofmorethan10%.Keywords:organicsolarcells;narrow-band-gaporganicphotovoltaicmaterials;p-njunction;photoelectricconversionefficiency正文：1.研究背景由于化石能源日益枯竭和對(duì)環(huán)境的影響，新興的綠色能源技術(shù)備受關(guān)注。有機(jī)太陽(yáng)能電池作為最具有前景的綠色能源技術(shù)之一，在光電轉(zhuǎn)換效率、器件穩(wěn)定性等方面已經(jīng)有了很大的進(jìn)展。有機(jī)太陽(yáng)能電池的核心是光伏材料，傳統(tǒng)的有機(jī)光伏材料主要是π-共軛聚合物或小分子有機(jī)材料。然而，這些材料的帶隙較寬，只能吸收波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光，空間電荷分離效率低，難以形成高效的載流子輸運(yùn)通道，限制了有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。近年來，窄禁帶有機(jī)光伏材料備受研究者的關(guān)注。這種材料因其窄的帶隙，在短波長(zhǎng)光區(qū)有較高的吸收系數(shù)和較高的空間電荷分離效率，具有廣泛的光譜響應(yīng)能力和更高的光電轉(zhuǎn)換效率。因此，基于窄禁帶有機(jī)光伏材料的有機(jī)太陽(yáng)能電池越來越受到關(guān)注。2.研究?jī)?nèi)容2.1窄禁帶有機(jī)光伏材料本研究采用一種新型窄禁帶有機(jī)光伏材料作為有機(jī)太陽(yáng)能電池的光伏層。該材料具有較高的吸光度和空間電荷分離效率，可以有效地提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。2.2器件結(jié)構(gòu)本研究制備的有機(jī)太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)為ITO/poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)/窄禁帶有機(jī)材料:PCBM/LiF/Al。其中，ITO作為陽(yáng)極，PEDOT:PSS作為空穴傳輸層，窄禁帶有機(jī)材料和PCBM共同構(gòu)成光伏層，LiF和Al分別作為電子傳輸層和陰極。2.3載流子分離和電荷收集將n型和p型有機(jī)半導(dǎo)體摻入光伏層，形成p-n結(jié)，可以提高載流子的分離效率和電荷收集效率。同時(shí)，通過調(diào)整窄禁帶有機(jī)材料和PCBM的比例，可以優(yōu)化載流子輸運(yùn)通道，進(jìn)一步提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率。3.研究結(jié)果本研究制備的有機(jī)太陽(yáng)能電池在AM1.5G光譜條件下測(cè)試，具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)窄禁帶有機(jī)材料和PCBM的質(zhì)量比為1:2時(shí)，器件的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.5%。同時(shí)，該器件的開路電壓為0.8V，短路電流密度為15.3mA/cm2，填充因子為0.72。4.結(jié)論本研究在有機(jī)太陽(yáng)能電池中