溶液刮涂法制备高效有机太阳能电池

来源 :2020第三届光电材料与器件发展研讨会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hsqcn
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  高效大面积有机太阳电池的高通量制备是推进其产业化应用所面临的重大挑战之一。刮涂是一种大面积成膜技术,可应用于有机太阳电池的高通量制备。相对于旋涂加工,溶液刮涂法将对分子施加更强的剪切力,改变分子排列及聚集状态。因此,我们在空气中通过溶液旋涂和刮涂进行对比,发现了强剪切力的刮涂方法可以诱导有机分子结晶,增强结晶性。
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有机发光二极管以特有的优势从基础研究走向应用,得到了快速发展。目前,各国正处于有机发光材料专利争夺战的关键时期。对于有机发光材料来说,发光效率和颜色是重要指标。发光效率的定量预测和构效关系的建立大大促进了海量材料的筛选和新材料创新。
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有机材料中的电荷传输是经常被探讨的课题,晶畴和畴界会影响载流子传输。在各向异性的有机半导体薄膜中,这种现象尤为明显。我们通过弱外延生长制备出高质量的高有序有机异质结,如p-6P/CuPc,p-6P/VOPc 等。通过扫描探针显微镜研究器件在工作状态下载流子的传输特性,深入揭示载流子传输与晶粒尺寸、取向和畴界的关系。
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聚合物薄膜在场效应晶体管等领域正在获得广泛的研究。聚合物半导体薄膜有如下特点:1)聚合物分子比较长,可以看成是由不同的链段组成的,不同的链段之间的HOMO 与LUMO 能级各异,从而导致薄膜能级在不同位置处的分散性;2)聚合物分子量和化学等规度具有多分散性;3)结晶聚合物一般是半结晶性的,薄膜中同时存在非晶相和结晶相,而非晶和结晶相中的分子构象和分子排列差别较大,因此对应的光学吸收特性也有明显差异
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从单线态到三线态的系间窜越是光物理的重要基本过程,同时,三线态有机半导体材料在光伏、室温磷光和光动力学领域都具有广泛的应用前景。因此,通过分子设计,调节单线态到三线态的系间窜越常数,并得到高性能三线态有机高分子半导体材料,具有重要的科学意义和应用前景。
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有机半导体柔性,质轻,可溶液加工,因而在能源,存储,显示以及生物传感领域都有着非常大的应用前景。以共轭聚合物半导体材料为例,其D-A 结构的共聚物由于其推拉电子的相互作用,导致其优异的电子传输能力,因而在柔性电子领域占据极其重要的地位。对于这类材料的合成,热活化的金属偶联反应,如Stille,Suzuki,直接C-H 活化聚合等是不可或缺的反应方法学。
单组分有机太阳能电池具有几十年研究历史,吸光层仅包含一种有机共轭材料,所以在器件稳定性、力学性能以及制备工艺等方面具有优势。但是,单组分有机太阳能电池的研究进展缓慢,能量转换效率远低于双组分有机电池。
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有机太阳能电池活性层材料的开发设计和形貌调控是提高其能量转换效率和器件稳定性的关键,如何通过分子结构的设计拓宽材料的光谱吸收,同时降低能量损失十分关键,本研究围绕有机太阳能电池活性层材料的设计展开,通过构筑含氮杂环的一维、二维、三维共轭给体核用于构建非富勒烯受体材料,解决材料吸收窄和能量损失高的关键问题;通过结合本体异质结和准平面异质结的活性层形貌研究揭示添加剂对形貌调控的机制,为今后研究有机太阳
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近年来,由于易修饰的分子结构、良好的热稳定性和光电性能,稠环电子受体(FREAs)引起了研究者们的极大重视.FREAs 作为有机太阳能电池(OSC)非富勒烯受体材料,取得了前所未有的成就,单节器件的能量转化效率(PCE)已经突破18%.
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