納米級梳狀穿插雙層結(jié)構(gòu)有機/聚合物太陽能電池

在項目NOS.51073063的資助下，我們在有機/聚合物太陽能電池（OPV）的材料與器件研究方面取得了系列成果，截止2013年底，已經(jīng)在英文期刊上發(fā)表文章5篇（SCI四篇），獲得授權(quán)中國專利1項。其中在J. Mater. Chem和Chem. Commun發(fā)表的文章分別被選為封面文章和hot paper。另外還有在投的SCI文章還有四篇，正在申報的中國專利一項。主要研究進展包括： （1）亞三維與三維OPV給體材料的合成與器件應用：以單鍵連接苯并噻二唑為核構(gòu)建亞三維的大分子給體材料，以螺芴為核構(gòu)建三維大分子給體材料。實驗結(jié)果表明，上述兩類材料的分子間堆積得到明顯的抑制，意味著其薄膜硬度的降低。通過與線性分子及聚合物對比，此類設(shè)計明顯提高了相應OPV（與PC71BM）的器件效率，是目前3D材料的最高值之一（器件效率為4.8%），為制備高性能納米壓印器件奠定了基礎(chǔ)； （2）陰離子共軛聚電解質(zhì)陰極界面材料及其OPV應用：以含寡聚醚和磺酸鈉側(cè)鏈的陰離子共軛聚合物作為OPV的陰極界面層，用于以P3HT/PCBM和PTB7/P71CBM為活性層的正式器件。研究了陰極界面層形貌與器件性能之間的關(guān)系，獲得了超過9%的OPV器件效率，這一結(jié)果是目前文獻報道的正式器件的最高值； （3）基于AZO/超薄Al透明陰極的高效率反式OPV：以1nm的Al修飾AZO電極，在基本不改變透明度的前提下調(diào)節(jié)電極的功函，并以此電極為陰極，以P3HT/ICBA為活性層，氧化鉬/Al為陽極，獲得了效率為5.5%的反式OPV； （4）大面積超精細硅基納米模板的制備及壓印工藝：采用e-beam在硅片上完成了周期為50nm的線和圓柱的光刻膠的刻寫工藝。通過ICP刻蝕，在硅片上獲得了大面積的（3mm×3mm）納米圓柱陣列，這樣大面積的刻寫及刻蝕工藝是國內(nèi)首次報道。利用所獲得的納米硅基模板，采用加熱和溶劑輔助的條件，我們成功實現(xiàn)了圖案向共軛聚合物的轉(zhuǎn)移。 通過對新型OPV給體材料和陰極界面層材料的優(yōu)化，正式和反式OPV器件的優(yōu)化，以及大面積納米硅模板的制造與壓印工藝探索，我們在OPV的基礎(chǔ)研究與器件優(yōu)化方面均取得了重要進展，基本完成了項目的任務(wù)要求。

本項目擬利用納米壓印技術(shù)，用PCBM薄膜為模版壓印共軛聚合物薄膜，制備鑲嵌在一起的納米級梳狀穿插雙層結(jié)構(gòu)。其中模版是在PCBM的薄膜上，垂直且均勻分布著長和寬均為25nm、高度為70nm、間距為25納米的PCBM納米方柱。被壓印的另外一層與上述結(jié)構(gòu)互補，即在窄帶共軛聚合物的薄膜上均勻分布長和寬均為25nm、深度為70nm、且間距25納米的方洞。此雙層結(jié)構(gòu)分別由有機/聚合物太陽能電池的聚合物給體材料和受體材料PCBM構(gòu)成，在兩側(cè)加上電極之后（其中一個為透明電極），即可獲得具有理想器件結(jié)構(gòu)的有機/聚合物太陽能電池。由于給體和受體分別獨立形成連續(xù)相且兩相界面到本體材料內(nèi)最大距離可滿足激子的有效遷移，上述器件構(gòu)造方法將解決聚合物共混薄膜形貌無法有效控制這一制約有機/聚合物太陽能電池的基本問題。我們擬通過對給體材料的優(yōu)化，解決與PCBM相互匹配的問題，獲得高效器件。

穿插施工是一種快速施工組織方法，它是指在施工過程中，把室內(nèi)和室外、底層和樓層部分的土建、水電和設(shè)備安裝等各項工程結(jié)合起來，實行上下左右、前后內(nèi)外、多工種多工序相互穿插、緊密銜接，同時進行施工作業(yè) 。

這種施工方式充分利用了空間和時間，盡量減少以至完全消除施工中的停歇現(xiàn)象，從而加快了施工進度，降低了成本。對于規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復雜、工序和專業(yè)繁多、工期緊的工程，穿插施工尤為必要和重要。

在日本等發(fā)達國家，穿插施工已經(jīng)有豐富的經(jīng)驗和項目實踐。