摘要
有机太阳能电池(Organic solar cells，OSCs)自问世以来，一直深受人们关注，但是界面载流子的动态问题却一直干扰着电池的研究进展。电荷转移(Charge-transfer,CT)对于实现光伏电池的高效光电转换效率特别重要，调节电荷转移(CT)过程也是目前许多OSCs面临的挑战，因此CT动态过程监测对于改善电池效率具有重要意义。表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱具有监测CT过程的特性，因此SERS可以检测电池内部界面载流子的动态变化。 为了对OSCs体系内CT过程有更多的了解，本文以经典的有机聚合物:富勒烯衍生物材料和非富勒烯材料构建异质结体系，并利用SERS技术监测CT过程，而且在金属-金属氧化物有序阵列阴极材料的表面生长体异质结探究有序光阴极材料调控CT的过程，具体内容如下: (1)成功的构筑了银-聚合物-富勒烯体系，并利用SERS技术对其内部CT过程进行监测。该过程强烈依赖于银-聚合物-富勒烯体系中的载流子密度。然而，载流子密度可以由受体浓度和给体浓度来控制。给体和受体浓度的变化对给体和受体之间CT产生很大的影响。本研究为金属-聚合物-富勒烯体系中的CT动力学过程提供了新的理论基础。这些结果也表明，SERS技术能够准确地监测金属-聚合物-富勒烯体系中的微观CT动力学，调节给体/受体浓度是调节有机光电材料之间CT的有效策略。 (2)基于拉曼散射光谱技术对退火条件下的有机聚合物和可溶性富勒烯衍生物的体异质结(bulk heterojunction,BHJ)薄膜进行了电学性质的研究。研究发现随着退火温度的升高，在1450 cm-1处拉曼信号的“返回”位移，可能是由于CT导致电阻率(ρ)的显著变化。此外，还建立了拉曼强度与ρ之间的联系。本研究将频移与电特性之间的明确联系建立起来，表明拉曼技术为分析电池的电特性和性能开辟了新的途径。 (3)将非富勒烯OSCs作为研究对象，利用SERS技术对内部的电荷转移动态过程进行了监测，通过改变非富勒烯受体与有机聚合物给体的浓度比例调控异质结的能级差，实现了不同能级差之间电荷转移过程的机制研究。该调控突出了OSCs可以利用SERS来开发高性能有机光电材料的潜在特性，从而实现了 OSCs的高功率转换效率(power conversion efficiency,PCE)。 (4)利用磁控溅射技术构建不同直径的有序PS/Ag/Al2O3阵列作为金属光阴极材料。通过改变金属Ag的溅射时间，成功调节了空心银壳结构的直径，实现了 LSPR峰在紫外-可见-近红外区域的调控，得到了峰位移的变化与纳米颗粒直径的关系。在有序阵列上生长Y6∶PM6异质结，在LSPR和CT的耦合作用下，SERS强度逐渐增加。当Ag的溅射时间为120 s,小球的直径为250 nm时，CT效率最高。光吸收范围的扩大不仅在电池、SPR传感器和SERS领域具有重要价值，也为新型金属电极材料的发展提供了新的方向。
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