聚合物太陽能電池性能研究及壓印器件的工藝探索.pdf

1、聚合物太陽能電池共混活性層中存在尺度從納米到微米級(jí)別的相分離，對(duì)激子的分離效率和電荷的傳輸極其不利。理想穿插網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)活性層在很大程度上克服了共混結(jié)構(gòu)存在的諸多問題，已逐漸成為這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，吸引了大量的國內(nèi)外研究。納米壓印技術(shù)是控制活性層納米形貌，制備雙層穿插理想結(jié)構(gòu)的一種簡(jiǎn)單易行的方法。此技術(shù)不僅可以通過改變納米結(jié)構(gòu)模版的尺寸調(diào)控界面接觸面積，而且壓印誘導(dǎo)的聚合物分子取向變化可有效改善空穴遷移率。雙壓印技術(shù)制備雙層穿插結(jié)構(gòu)活性層已

2、取得了不錯(cuò)的研究成果，但同時(shí)也存在不足的地方需要進(jìn)一步改進(jìn)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴為構(gòu)建高性能的雙層穿插結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池，應(yīng)盡量避免使用對(duì)空氣敏感以及對(duì)器件穩(wěn)定性不利的材料。因此本文首先基于共混原型器件對(duì)界面和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。采用新型共軛聚電解質(zhì)取代低功函金屬，成功應(yīng)用到聚合物太陽能電池的陰極界面。通過考察界面層厚度、結(jié)構(gòu)對(duì)器件光伏性能的影響，得出具有PEO衍生側(cè)鏈和陰離子基團(tuán)的PFEOSO3Na可獲得最佳的器件性能。以

3、PFEOSO3Na為例，研究了熱退火順序?qū)缑鎸有蚊埠凸夥阅艿挠绊?，結(jié)果表明親水電解質(zhì)和疏水活性層之間的不相容性使得界面層形貌具有較大的退火依賴性，從而導(dǎo)致器件性能的差異。將PFEOSO3Na應(yīng)用于窄帶隙活性層體系，初步證實(shí)了它的普適性。⑵以超薄鋁膜修飾的AZO導(dǎo)電玻璃為底電極成功制備了新型的反式結(jié)構(gòu)器件。通過AZO和AZO/Al前處理以及超薄鋁膜厚度的優(yōu)化，器件效率可達(dá)到3.84％。表面電勢(shì)表征證明超薄鋁膜可以大大降低 AZO的功函

4、?；诨钚詫覲3HT:ICBA對(duì)不同結(jié)構(gòu)器件進(jìn)行比較，結(jié)果顯示此復(fù)合電極制備的反式器件可獲得與ITO傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)媲美的器件性能，進(jìn)一步證實(shí)了其廣闊的應(yīng)用前景。⑶基于P3HT/PCBM活性層對(duì)雙層平板器件進(jìn)行了性能優(yōu)化。通過調(diào)節(jié)受體PCBM厚度，退火溫度以及給體P3HT厚度，最終雙層平板器件的能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到2.7%。在P3HT中加入甲醇，研究了其對(duì)空穴遷移率和雙層器件性能的影響。⑷利用微納加工工藝探索并優(yōu)化了納米壓印模版的制備工藝。通過對(duì)

5、曝光劑量、刻蝕工藝等的優(yōu)化，采用直接法和金屬轉(zhuǎn)移法均實(shí)現(xiàn)了大面積、超精細(xì)的小尺寸圖形陣列，圖形的最小直徑可達(dá)到20nm，周期為50nm，這在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。優(yōu)化的工藝對(duì)以后小尺寸微納結(jié)構(gòu)的制備具有一定指導(dǎo)意義。⑸采用雙壓印技術(shù)制備雙層穿插結(jié)構(gòu)活性層的前提是構(gòu)建出給體（或受體）的納米結(jié)構(gòu)陣列。首先對(duì)模版表面氟化處理，以改善其表面防粘性。為避免硅基模版在壓印過程中的污染和損壞，本文采用 ormostamp對(duì)模版進(jìn)行了復(fù)制，通過工藝優(yōu)化獲得