聚合物太陽能電池的形貌及界面修飾研究.pdf

1、本論文對(duì)影響體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池光伏性能的相關(guān)因素進(jìn)行了研究，內(nèi)容主要分為三個(gè)部分:
　　首先，利用正交溶劑法制備了雙層擴(kuò)散型體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池，研究了體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的形成過程，以及制備工藝對(duì)聚3-己基噻吩:[6，6]-苯基C61丁酸甲酯(P3HT∶PC61BM)薄膜形貌及器件性能的影響;其次，利用等離子體技術(shù)調(diào)控氧化銦錫(ITO)電極的功函數(shù)，制備了無陰極修飾層的反型聚合物太陽能電池，獲得了較高的能量轉(zhuǎn)換效率;最后，利用

2、原子層沉積技術(shù)低溫制備了氧化鋅和氧化鋁薄膜，研究了氧化物薄膜作為陰極修飾層對(duì)電子收集能力的影響。
　　1、利用正交溶劑法制備了基于P3HT/PCBM的雙層擴(kuò)散薄膜，研究了薄膜的形成過程，以及退火對(duì)薄膜形貌及器件性能的影響。
　　P3HT/PCBM雙層擴(kuò)散薄膜的制備:通過逐層旋涂的方法制備了P3HT/PCBM薄膜。在PCBM層的旋涂過程中，由于PCBM分子的溶劑二氯甲烷與P3HT具有較強(qiáng)的相互作用，二氯甲烷能夠快速的滲入P3H

3、T薄膜內(nèi)部并降低其有序度。這一過程使PCBM分子擴(kuò)散入P3HT薄膜內(nèi)形成體異質(zhì)結(jié)，但同時(shí)也造成了P3HT薄膜有序度和光吸收效率的下降。
　　器件性能的優(yōu)化:影響器件性能的關(guān)鍵因素為PCBM的濃度和器件的前退火溫度。當(dāng)PCBM的濃度為8 mg/mL，前退火溫度為110℃時(shí)，器件具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。前退火的主要作用是使PCBM分子在功能層內(nèi)的分布更加均勻，形成良好的給體和受體互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，另外，前退火還使P3HT的結(jié)晶度增加，P3

4、HT和PCBM的相分離行為更加顯著。
　　后退火處理對(duì)器件的影響:后退火處理導(dǎo)致了雙層擴(kuò)散體異質(zhì)結(jié)器件性能的下降。器件性能下降的主要原因是雙層擴(kuò)散體異質(zhì)結(jié)的表面包含高濃度的PCBM分子，退火促進(jìn)了PCBM分子在功能層和鋁電極界面的結(jié)晶，破壞了界面的連續(xù)性;此外，PCBM的結(jié)晶使晶體附近的給體和受體比例發(fā)生變化，影響了光生激子的解離和載流子的傳輸。
　　2、使用等離子體處理技術(shù)調(diào)控了ITO的功函數(shù)，制備了無陰極修飾層的反型器件

5、。
　　氬和氫等離子體處理增加了ITO表面氧空位的濃度，從而導(dǎo)致了ITO薄膜功函數(shù)的降低。
　　以低功函數(shù)的ITO為陰極，制備了無陰極修飾層的反型器件?；赑3HT∶PCBM和PBDTTT-C∶PCBM體系的器件效率分別達(dá)到了3.57％和6.3％。器件性能提高的原因是ITO功函數(shù)與功能層受體的LUMO能級(jí)接近，形成了歐姆接觸;另外，低功函數(shù)的ITO增強(qiáng)了器件的內(nèi)建電勢(shì)，提高了載流子的收集效率和載流子的壽命。
　　等離子

6、體處理后的ITO在空氣中具有穩(wěn)定的功函數(shù);另外，基于低功函數(shù)ITO的無陰極修飾層器件在暗態(tài)下具有良好的穩(wěn)定性，在光照下的穩(wěn)定性略差于氧化鋅為陰極修飾層的器件。
　　、利用原子層沉積技術(shù)低溫制備了氧化鋅和氧化鋁薄膜，并用該薄膜制備了反型聚合物太陽能電池。
　　在60℃-190℃的溫度范圍內(nèi)制備出了致密的氧化鋅薄膜。沉積溫度對(duì)氧化鋅薄膜的晶向和形貌有顯著的影響;但是對(duì)器件性能沒有影響。
　　以超薄氧化鋁為陰極修飾層的器件具