水-醇溶性小分子電解質電子緩沖層及其有機太陽能電池.pdf

1、太陽能作為一種可再生能源在如今資源匱乏的年代備受關注，相對于已經商業(yè)化但價格昂貴的無機硅太陽電池，有機太陽能電池作為一類新型的太陽能光伏器件，其最大的應用前景為其可溶液加工，卷對卷印刷和打印制備成柔性器件。雖然目前有機太陽能電池的能量轉換效率已超過11％。但其離商業(yè)化生產還有一段很長的路要走。為了進一步提高有機太陽能電池器件的性能，除了設計和合成新型的高效給/受體材料，優(yōu)化給/受體的相分離形貌外，還需要設計出新型的界面材料，合適的界面材

2、料能有效的調控界面功函，提高電荷傳輸效率，而增加其本身的導電性，能有效提高緩沖層厚度以便于其大面積印刷制備。
　　目前，含共軛主干和極性側鏈的電解質界面材料越來越多的被應用于聚合物太陽能電池(PSC)中。主要是因其能在環(huán)境友好型極性溶液中保持良好的溶解性，并能有效的調控界面功函，提升PSC的器件效率和穩(wěn)定性。然而其具體作用機制不是太明確。本論文中，我們在PSC的陰極界面引入多種n-型小分子電解質(n-SME)作為電子緩沖層，研究其

3、側鏈極性基團的種類對器件性能的影響。
　　首先，我們設計合成了三種以吡咯并吡咯烷酮(DPP)為核，側鏈帶有不同極性基團(二乙胺基，二乙醇胺基，季銨鹽)的n-型醇溶性小分子電解質，分別命名為DPPN， DPPNOH和DPPNBr，用來修飾ZnO，將其作為電子傳輸層應用到有機太陽能電池中。我們發(fā)現(xiàn)，經n-SMEs處理后，ZnO和活性層之間的能級匹配和界面相容性得到了很好的改善。引入DPPNOH到界面層時，基于P3HT-體系器件效率有效

4、的提高至4.0%，相對于純ZnO有38%的效率提高，而DPPN和DPPNBr處理ZnO后的效率分別為3.1%和3.7%，其性能改善差異來源與n-SMEs中不同的側鏈極性基團與ZnO之間存在不同的相互作用力，影響了緩沖層的界面特性和器件性能。值得注意的是，以ZnO/DPPNOH為緩沖層時，在PTB7-體系的器件效率更是達到了8.0%。同時，n-SMEs的引入，有效的提高了器件在空氣中的穩(wěn)定性。
　　其次，在是第一個工作的基礎上，將D

5、PPN-Br中的Br?抗衡離子分別用更大體積的四氟硼酸根(BF4?)，和四苯基硼酸根(BPh4?)替換，進而獲得DPPN-BF4和DPPN-BPh4。意外的是，我們在DPPN-BF4和DPPN-BPh4中能發(fā)現(xiàn)n-型自摻雜現(xiàn)象，而在DPPN-Br中卻無摻雜現(xiàn)象的存在，同時DPPN-BPh4相對于DPPN-BF4的摻雜強度更明顯，說明自摻雜對CA體積大小有很強的依賴性。究其原因為更大體積的CA增加了其電子親和力(EA)從而更容易還原，同時