基于n型聚合物的有機(jī)太陽能電池形貌調(diào)控及性能研究.pdf

1、有機(jī)太陽能電池因其制作成本低、質(zhì)量輕、柔性可彎曲等優(yōu)勢受到研究者的廣泛關(guān)注。但尚未達(dá)到商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，主要是由光吸收不足和載流子遷移率低引起的。本文是在傳統(tǒng)的二元體異質(zhì)結(jié)基礎(chǔ)上，首次引入第三種n型聚合物材料F8BT拓寬電池的吸收光譜，然后通過調(diào)控活性層表面形貌提高器件的效率。
　　本文首先研究了F8BT摻雜濃度對基于PTB7:PC71BM:F8BT體異質(zhì)結(jié)器件的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PTB7、PC71BM、F8BT三種材料的配比為1:1.

2、4:0.1時(shí)，器件的效率達(dá)6.43％，比標(biāo)準(zhǔn)P7BT:PC71BM二元體異質(zhì)結(jié)器件性能提高了5%。這主要是因?yàn)镕8BT拓寬了器件在短波段的吸收，保證了高效的光子捕獲。而且這三種材料組成的三元級聯(lián)結(jié)構(gòu)，能有效克服激子束縛能實(shí)現(xiàn)激子的高效解離。其次，研究了對二甲苯（XY）、鄰二氯苯（DCB）和氯苯（CB）三種溶劑對活性層表面形貌的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，基于XY溶劑制備的器件效率最低。這主要?dú)w因于XY溶劑對PC71BM較低的溶解度。形成的三元體異質(zhì)

3、結(jié)薄膜有比較明顯的PC71BM集群，使得激子在到達(dá)D-A界面前就發(fā)生復(fù)合現(xiàn)象?；贑B溶劑的活性層薄膜表面沒有PC71BM集群出現(xiàn)，器件效率為3.67%。為了進(jìn)一步改善基于CB溶劑的活性層薄膜表面形貌，我們選用DIO作為溶劑添加劑。通過該方法，我們將器件的效率由3.67%提高到6.51%。這主要是因?yàn)镈IO的沸點(diǎn)高于主體溶劑CB，使得薄膜有充分的自組裝過程，有利于形成納米量級的連續(xù)相域。最后，分析熱退火對基于 PTB7:PC71BM:F

4、8BT三元異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)退火溫度為120℃時(shí)，器件效率提升60%。這主要?dú)w因退火使三種材料的相分離發(fā)生重排，向更加有序化過度。為了與熱退火形成對比，我們還研究了溶劑退火對基于 P3HT:PC71BM:F8BT三元體異質(zhì)結(jié)器件的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溶劑的理化參數(shù)，如溶解度參數(shù)、粘度和極性等，對電池的性能有很大影響。與沒有進(jìn)行溶劑退火的器件相比，甲醇退火的器件光電轉(zhuǎn)換效率提高了85%。性能的大幅度提升主要?dú)w因于甲醇溶劑