中文摘要：

采用气体喷雾方法实现多种尺寸量子点在有机基质材料中的均匀共混，制备具有多尺寸量子点共混体系的体异质结有机光伏器件，以期有效展宽器件对太阳全光谱的响应范围，从而提高有机光伏器件的转化效率。具体研究内容为①制备具有多尺寸无机量子点的有机/无机复合体系，研究体系中各尺寸量子点间及量子点与基质之间的相互作用规律，从而抑制量子点的相分离，研究复合体系薄膜形貌对器件性能的影响及规律，弄清激子的产生、扩散、解离过程，热电子的驰豫过程及体系中各个组分之间的能量传递过程，建立无机量子点/有机复合体系的光动力学理论模型；②改善载流子输运通道，研究掺杂体系中的能级分布状态对载流子输运的影响，对有机/无机复合器件的电极界面、功能层界面进行修饰，明确在有机/无机界面处光电子转移规律。

结论摘要：

本课题目的是采用气体喷雾方法制备基于无机纳米晶和聚合物复合的体异质结有机光伏器件，有效展宽器件对太阳光谱的响应范围，实现有机光伏器件的转换效率提高。在采用热注入技术合成了胶质半导体II-VI 族纳米晶（尺寸在2-8纳米）CdSe, CdTe，ZnSe 和 CdS 材料基础上，将单尺寸量子点引入有机光伏器件，采用气体喷雾的方法制备活性层，通过对活性层特性进行测试和表征，分析活性层中激子的产生和解离，载流子输运过程与活性层中相分离情况。通过将两种不同粒径的CdSe量子点（3nm,7nm）做掺杂剂与聚合物共混制备活性层，发现基质材料与纳米晶的发射光谱匹配情况对活性层特性有显著影响，与P3HT等光伏器件中常用的聚合物材料的吸收光谱与其结晶状态有直接联系，通过两种不同尺寸的量子点加入，有效拓宽光谱的吸收，光伏器件的转换效率提高，达到4.2%。采用双源共喷的方法将 CdSe量子点与P3HT:PCBM的共混溶液分别通过两支喷枪共喷沉积成膜，制备了基于P3HT:PCBM:QDs体异质结光活性层的有机太阳能电池器件。量子点的团聚在双源共喷过程中得到有效抑制，CdSe量子点的加入拓宽了薄膜吸收光谱范围，同时增强了光致电子转移过程，改善了器件的光谱响应，提高了光伏器件的转换效率。采用液相化学还原方法合成直径约80nm、形状为球形的Ag纳米粒子。将合成的Ag纳米粒子掺入PEDOTPSS阳极缓冲层，发现器件性能随着Ag纳米粒子掺杂浓度的不同而改变。Ag纳米粒子的高导电性能为载流子的传输提供了良好的通道，有利于载流子被电极的收集,提高电池的效率。再者研究了基于P3HT:PCBM体系中，有机小分子掺杂在活性层中对光伏器件电荷产生和传输的作用。多环芳香烃分子在掺杂活性层之后，对器件的短路电流（Jsc）有明显影响。将石墨炔纳米材料作为掺杂剂加入到P3HT:PCBM活性层中，由于石墨炔稳定的二维结构及良好的半导体特性有利于在 P3HT:PCBM 网络中形成良好的电荷收集和传输通道，增强载流子向电极的传输，提高器件的短路电流。再者对部分量子点的电致发光过程进行研究，并与光伏过程进行对照，研究单量子点体系的电致发光及光伏过程，分析量子点与基质材料之间的能量耦合过程，并在此基础上对两尺寸量子点体系中量子点与基质、量子点间的能量耦合过程进行研究和分析。