高效有机小分子光伏器件的制备及性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

由于世界经济的快速发展，使人类对能源的需求急剧增加。然而，人们现在正在使用的主要燃料是不可再生的化石燃料。这些宝贵的资源数量却远远跟不上人类发展的脚步。另一方面，使用化石燃料会排放出大量的二氧化碳、氮氧化物和二氧化硫等气体，把环境污染和温室效应的问题推向了风口浪尖。因此，人们迫切需要新能源来填补化石燃料的不足。

在发展中，人们发现了许多新能源，如核能、风能、潮汐能、地热能、太阳能等。而在这些能源中，太阳能比其他新兴能源安全和丰富。太阳能电池（又称光伏电池）是利用光生伏打效应将太阳能转化为电能的一种装置，理想情况下的太阳能电池应能够提供可靠、低成本、无污染和近乎恒久的能源共给。Bell实验室自1954年研究出了第一块晶体硅太阳能电池，能量转换效率6％左右。自此，无机硅太阳能电池得到了广泛的研究和应用。然而，由于无机硅太阳能电池的原材料过分昂贵和制作过程复杂的问题，使人们的目光投向了有机太阳能电池的研究。与无机太阳能电池相比，有机太阳能电池自身有着许多优势： 1. 可选择有机材料种类繁多，主要包括小分子、聚合物、金属有机配合物 等，且使用的有机材料可以通过各种的分子修饰，来优化有机材料的光伏性能;2. 器件的制作工艺简单，成本低廉，可通过旋涂和真空蒸镀等常用方法制备器件，易于制成大面积器件； 3. 由于有机材料吸收系数大，器件有机层所需厚度较薄，材料消耗较少，并且能制备在柔性衬底上。 4. 器件结构灵活性大，可通过多变的器件设计改善光伏器件性能。有机太阳能电池的以上诸多优点使人们看到了有机太阳能电池发展的美好前景，然而与无机太阳能电池相比其较低的能量转化效率和较差的器件寿命制约了有机太阳能电池商业化应用的进程。因此，现阶段有机太阳能电池的研究工作主要应着眼于器件效率的提高及寿命的改善，而这就需要在充分理解有机太阳能电池工作的物理机制的条件下，通过选择合适的新型有机材料、设计新的光伏器件结构等方法来实现。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

本课题的主要研究内容是围绕制备高效有机小分子光伏电池，通过选择合适的器件结构和材料，对有机活性层给体、受体材料的厚度。激子阻挡层材料，电极修饰层材料进行选择优化，探索制备高效有机小分子电池的新方法和新路径，来提高有机小分子电池的性能。

预期目标：

1.研究有机小分子光伏电池中不同给体、受体厚度对器件性能的影响。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：

通过真空物理沉积方法制备不同给体、受体膜厚的光伏电池器件，筛选出合适的给体、受体材料膜厚；在此基础上，沉积不同的有机材料作为激子阻挡层，选取最优的激子阻挡层材料；最后选取lif作为电极修饰层并对其膜厚进行优化，制备高效的有机小分子光伏电池。

步骤：

4. 参考文献

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5. 计划与进度安排

（1）2022-3-16~2022-3-22（第三周）在查阅文献资料的基础上，写出开题报告，并准备实验药品和实验仪器。

（2）2022-3-23~2022-6-14（第四周~第十五周）完成合成实验、性能测试及结构表征。

（3）2022-6-15~2022-6-21（第十六周）撰写毕业论文，并准备答辩。