中文摘要：

高效率，低成本，长寿命的太阳能电池是太阳能利用的最核心目标。聚合物太阳能电池存在的普遍问题是聚合物材料的吸收光谱窄，开路电压较低。本项目以基于P3HT,PSBTBT这两种在可见光区吸收光谱互补的聚合物为电子给体，以高迁移率的富勒烯的衍生物PC70BM为电子受体制成的反型级联太阳能电池研究为突破，利用吸收光谱在600-800nm的PSBTBT和400-650nm的P3HT，将级联电池的吸收范围扩展到整个可见光区，大大提高了光的利用率；同时利用级联电池电压等于分电池电压之和的特点，有效地提高了开路电压。从电子空穴扩散长度、级联中间过渡层的光透过率、载流子传输机制以及电池器件内部光场分布理论等方面开展共混体系级联太阳能电池工作机理的探索研究，力求在光照下聚合物级联结构电池的光生伏特效应、提高能量转换效率方法以及延长电池寿命等方面有所突破，为进一步研制新型高效率光伏电池提供理论参考。

结论摘要：

聚合物太阳能电池具有低成本、重量轻、制作工艺简单、可制备大面积柔性器件等突出有点，已经成为当今新能源领域最有活力的研究之一。聚合物材料由于其吸收光谱窄，光子利用率低，导致器件效率不高始终是其研究瓶颈。级联结构是分别利用吸收光谱互补的两种聚合物材料制作光伏电池，通过中间过渡层前后连接，将吸收光谱拓展到整个可见光区域，有效提高电池效率。 课题主要围绕提高反型级联结构聚合物太阳能电池的电流和开路电压开展工作，选取不同的过渡金属氧化物制作叠层透明电极的研究，利用微腔、表面等离子体和一维光子晶体提高光吸收，使用介质和金属研究具有优秀光电性能的叠层电极，和利用传输矩阵法和时域有限元差分研究内部物理机制等工作。 为了提高级联电池的效率，我们在提高开路电压、短路电流和填充因子等方面进行了系统研究。制作了过渡金属氧化物/金属/过渡金属氧化物的叠层透明电极，通过调整各层厚度系统地优化了它的电荷收集能力和可见光入射率，满足了它作为中间连接层的需求。然后，我们将微腔、表面等离子体和一维光子晶体等光学手段，应用于级联电池结构中，在不改变有源层材料的情况下，最大程度提高光电流。结合叠层透明电极，制作了微腔结构的顶电池，并将金属纳米粒子生长在顶电池的阴极，利用传输矩阵法和时域有限元差分模拟，确定共振模式和表面等离子体共振模式，使二者协同工作提高顶电池光电流密度。同时，一维光子晶体结合中间连接层作用于底电池，利用光子禁带，实现了有源层范围内的高效吸收和范围外的高透射，为同时提高底电池效率和提高顶电池的光入射提供了有效手段。最终，我们制作了器件结构为ITO/TiO2/P3HT:PC70BM/MoO3/Ag/MoO3/Cs2CO3/PSBTBT:PC70BM/WO3/Ag的级联结构电池。经过测试，级联结构电池的开路电压1.2V，短路电流密度9.3mA/cm2, 能量转化效率5.5%，全面完成了青年基金提出的制作效率为5%的级联电池的预期指标。 在青年基金的资助下，项目开展三年来取得了一系列阶段性研究成果。本人以第一作者或通讯作者共发表论文15篇，其中被SCI检索的论文12篇，影响因子大于3.0的11篇；EI检索论文3篇。申请国家专利4项。