聚合物太陽能電池異質(zhì)結(jié)設(shè)計(jì)及界面調(diào)控.pdf

1、近年來，有機(jī)聚合物太陽能電池引起了人們的極大興趣，由于低成本可溶液為基礎(chǔ)的制備過程，以及在柔性基板上制造，提供了一個(gè)超過硅太陽能電池技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)前景。在眾多的光敏給體/受體復(fù)合物中，聚合物-富勒烯即聚3-己基噻吩(P3HT)與[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)的共混物被深入研究，然而，較低的效率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。為了提高P3HT∶PCBM為基底的太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)許多科學(xué)家已付出了很大的努力。

2、
　　 液晶性基元具有很強(qiáng)的自組裝功能，在一定的條件下能夠誘導(dǎo)整個(gè)聚合物分子進(jìn)行有序的排列，從而調(diào)控整個(gè)活性層的微觀形貌和異質(zhì)結(jié)界面。在聚合物太陽能電池中，活性層與電極的界面以及活性層的表面形貌是影響聚合物太陽能電池效率的關(guān)鍵因素，通過一定的修飾材料優(yōu)化接觸界面以及調(diào)控上層活性層的形貌是提高器件性能的有效方法。
　　 本文利用一種簡(jiǎn)單的方法合成了一種新型的易溶性含有氰基液晶單元的富勒烯衍生物:氮甲基-2-[（4-（4'-

3、氰基）聯(lián)苯氧基）己氧基苯基]-3，4-富勒烯吡咯烷(C60-bp-CN)。與富勒烯相比，C60-bp-CN有著較強(qiáng)的光捕獲能力以及較低的LUMO能級(jí)(-4.2 eV)，這是由于自組裝較強(qiáng)的氰基偶氮苯分子間相互作用所引起的，特別是在液晶態(tài)熱退火時(shí)更加明顯。當(dāng)與聚噻吩共混以后，混合膜的光譜吸收紅移到700nm，而且吸收強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。這些結(jié)果表明C60-bp-CN是一個(gè)有前景的受體材料。因此，我們制作了基于ITO/PEDOT∶PSS/P3HT

4、∶C60-bp-CN/LiF/Al結(jié)構(gòu)的太陽能電池，顯然，所有器件的性能相對(duì)于P3HT/C60為活性層的器件有著顯著增強(qiáng)。在所有經(jīng)過熱處理的器件中，經(jīng)液晶態(tài)退火的器件獲得了最佳的效率，短路電流達(dá)到了5.5mA/cm2，開路電壓0.52V，填充因子為0.23，器件效率為0.65％，是沒經(jīng)熱處理的三倍。
　　 此外，通過插入一層成本低、可溶液旋涂的摻雜三氧化鉬的PEDOT∶PSS陽極緩沖層，成功地制備了基于P3HT∶PC61BM為活

5、性層材料的高效、穩(wěn)定的聚合物體相異質(zhì)結(jié)太陽能電池。在混合緩沖層中由MoO3形成的小的孤島增加了活性層P3HT∶PCBM與緩沖層之間的接觸面積，并且有利于空穴的收集，同時(shí)阻擋了電子在陽極的收集，因此短路電流Jsc和填充因子FF的提高使得器件的能量轉(zhuǎn)化從2.98％提高到3.94％。在陽極緩沖層中混入MoO3以后太陽能電池器件的穩(wěn)定性也得到了很大的提高。
　　 最后，本文提出了一種簡(jiǎn)單的方法用于提高P3HT∶PC61BM為活性層材料的

6、體相異質(zhì)結(jié)太陽能電池的效率。這種方法是在活性層P3HT∶PCBM和緩沖層PEDOT∶PSS之間旋涂一薄層高結(jié)晶度的P3HT。這一薄層高度結(jié)晶性的P3HT選擇了三種不同的有機(jī)溶劑:二氯甲烷(DCM)、鄰二氯苯(o-DCB)和四氫呋喃(THF)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，四氫呋喃用于P3HT薄層的旋涂是一個(gè)比較合適的溶劑，它能夠形成高結(jié)晶的膜，并且在旋涂活性層的過程中不容易被沖走，有很高的穩(wěn)定性?；钚詫拥男蚊矞y(cè)試表明，活性層的形貌取決于P3HT緩沖層的