種子層誘導(dǎo)納米相結(jié)構(gòu)有機光伏器件的設(shè)計與制備工藝.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展和不可再生的傳統(tǒng)能源不斷枯竭，新能源技術(shù)已成為解決能源問題的重要力量，光伏電池發(fā)電以其可持續(xù)、環(huán)保等優(yōu)勢成為解決能源問題的重要途徑。而目前傳統(tǒng)晶硅電池因其工藝復(fù)雜、能耗大和發(fā)電成本高等因素嚴(yán)重制約光伏的發(fā)展。相對于傳統(tǒng)光伏電池，有機光伏電池具有制有廉價、可大面積制備、工藝簡單等優(yōu)勢，成為光伏電池的重要發(fā)展方向。光電轉(zhuǎn)化效率低，嚴(yán)重制約了有機光伏電池的商業(yè)化發(fā)展。本論文基于提高有機光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率問題進(jìn)行選題，通過

2、對器件結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備工藝優(yōu)化。期望進(jìn)一步改善器件的性能。該工作主要使用P3HT：PC61BM體系的體異質(zhì)結(jié)有機光伏電池進(jìn)行器件制備、工藝優(yōu)化和新型結(jié)構(gòu)設(shè)計，研究了制備工藝、退火方式、溶劑效應(yīng)和新型結(jié)構(gòu)等方面對P3HT：PCBM體異質(zhì)結(jié)有機光伏器件性能的影響。主要從以下幾個方面進(jìn)行研究：
　　(1)制備傳統(tǒng)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的器件，通過優(yōu)化旋涂速度，光敏層旋涂濃度以及1，8-二辛硫醇添加劑濃度，獲得了較好的表面形貌，獲得更佳的光敏層兩相分

3、離，最終獲得器件效率(PCE)達(dá)2.68％。
　　(2)分別采用氯苯、鄰二氯苯，1，2，4-三氯苯為溶劑旋涂光敏層，并進(jìn)行不同的退火工藝，觀察溶劑效應(yīng)對器件性能的影響。通過SEM斷面圖直觀的看到了器件的三明治結(jié)構(gòu)，以及器件制備的不均一性。通過AFM形貌圖和相移圖的對比，發(fā)現(xiàn)了短路電流偏低重要原因是沒有在光敏層內(nèi)部形成有效的納米相互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。與較揮發(fā)性較強的氯苯相比，鄰二氯苯能獲得更好相分離的光敏層。1，2，4-三氯苯較高的沸點造

4、成旋涂的光敏層太薄，光敏層不能充分捕獲光能，不適合作為傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)的旋涂溶劑。以鄰二氯苯為溶劑制備的器件最終獲得器件效率(PCE)達(dá)3.4％。
　　(3)通過誘導(dǎo)UP-SIDE-DONE(USD)方法設(shè)計并制備新型P3HT種子層誘導(dǎo)納米相結(jié)構(gòu)ITO/PEDOT：PSS/P3HT/P3HT：PCBM/LiF/A1器件。在PEDOT：PSS層和P3HT：PCBM之間引入一層極薄的P3HT薄膜，來誘導(dǎo)和調(diào)控光敏層的結(jié)晶形貌和載流子輸運通

5、道。通過優(yōu)化旋涂濃度、誘導(dǎo)層厚度、處理時間、退火條件等優(yōu)化制備工藝。分析器件的J-V曲線，內(nèi)、外量子效率，紫外可見吸收光譜，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)改善了器件的填充因子FF，提高了短路電流Jsc，進(jìn)而提高了光電轉(zhuǎn)化效率。在預(yù)旋涂P3HT濃度為0.4％的種子層的新型器件獲得了最優(yōu)的短路電流Jsc為12.59mA/cm2，最終獲得器件效率(PCE)達(dá)4.29％。
　　(4)通過設(shè)計反型結(jié)構(gòu)ITO/ZnO-NWs/P3HT：PCBM/HMDS/PED