雙主體三元有機聚合物太陽能電池性能的研究.pdf

1、聚合物太陽能電池由于具有質量輕，成本低，制備工藝簡單，可卷曲等特點而被認為是最具潛力的新能源技術。提高有機太陽能電池的光電轉換效率始終是光伏器件研究與開發(fā)中不變的主體。有機太陽能電池的工作過程可以分為:光吸收并產(chǎn)生激子，激子的擴散及解離，載流子的傳輸，自由電荷的收集。三元有機太陽能電池作為有機太陽能電池中的一種新結構，通過將第三種物質摻入活性層中，拓寬了活性層的吸收范圍，從而使有機太陽能電池的效率得到了提高。本文采用了不同的聚合物材料，

2、制備了“兩給體一受體”結構的三元聚合物太陽能電池，并就第三種物質對太陽能電池的影響進行了研究。
　　首先，選擇聚合物P3HT: PCBM為主，將窄帶隙聚合物PTB7-Th摻入其中，制備了一系列三元聚合物太陽能電池，通過改變PTB7-Th的摻雜濃度來研究PTB7-Th對光伏器件性能的影響?；A器件P3HT:PCBM的光電轉換效率為2.71％。在PTB7-Th的摻雜濃度為15wt％時，聚合物太陽能電池的光電轉換效率達到最大值3.71％

3、。在三元器件中，隨著PTB7-Th濃度的增大，有機活性層在650nm-800nm的吸收密度逐漸增大，活性層吸收能力的增強促進了短路電流的增加。P3HT，PTB7-Th混合薄膜的PL光譜表明，雖然P3HT薄膜和PTB7-Th薄膜的吸收光譜具有很大的重疊部分，但兩者之間是以電荷轉移而非能量傳遞的方式相互作用。有機聚合物之間的電荷轉移類似于給受體之間的激子解離。在沒有受體PCBM的太陽能電池器件中，P3HT:PTB7-Th(1:1)器件的短路

4、電流高于P3HT器件的短路電流。當P3HT的濃度不變，將PTB7-Th濃度減小，即P3HT:PTB7-Th1:0.5時，有機太陽能電池的短路電流進一步增大。增大的短路電流再次證明了P3HT和PTB7-Th之間是以電荷轉移的形式相互作用。在二元電池P3HT:PCBM中，光生激子只能在P3HT/PCBM界面處進行解離。加入PTB7-Th的三元太陽能電池中，由于P3HT與PTB7-Th以電荷轉移的形式相互作用，激子解離可以發(fā)生在P3HT/PT

5、B7-Th，P3HT/PCBM，PTB7-Th/PCBM三個界面處。激子解離的增加促進了FF的提高。
　　第二，不改變受體材料PCBM，將給體材料換成PTB7與PCDTBT，并以PTB7為主，在無添加劑的情況下制備了雙給體結構的三元聚合物太陽能電池并研究了PCDTBT對太陽能電池性能的影響。PTB7的吸收集中在長波長段，PCDTBT的吸收集中在短波長段。通過調節(jié)PTB7和PCDTBT的比例可以優(yōu)化有機太陽能電池在整個太陽光譜中的吸

6、收。當PCDTBT的濃度為10wt％時，聚合物太陽能電池的光電轉換效率由5.23％提高到了6.73％。PTB7:PCBM器件中電子和空穴遷移率的比值為5.55，PCDTBT:PCBM中為6.23。PCDTBT的摻雜濃度為10wt％時，電子和空穴的遷移率比為2.02。這一結果表明，將PCDTBT摻入PTB7:PCBM對器件的電荷傳輸起到了調控作用，使兩者的遷移率趨于平衡。電子和空穴的遷移率越接近，越有助于減少電荷傳輸過程的復合。AFM測試