利用陰極界面修飾提高聚合物太陽能電池的性能和穩(wěn)定性.pdf

1、聚合物太陽能電池具有成本低廉、制備工藝簡單、可制備成大面積柔性器件等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到越來越多的關(guān)注。目前，光電轉(zhuǎn)換效率和器件穩(wěn)定性是其商品化應(yīng)用所面臨的主要問題。要想解決這兩個(gè)問題，主要考慮光的吸收利用率和電子空穴的分離，即從活性層材料和界面修飾層的優(yōu)化兩方面入手。本論文主要研究后者，采用不同的修飾方法，降低表面功函數(shù)，以提升其器件性能及穩(wěn)定性。研究工作主要從以下兩個(gè)方面展開：
　　1.采用表面共價(jià)接枝方法制備氮丙啶陰極修飾層，并

2、應(yīng)用于反向聚合物太陽能電池。為了提高陰極修飾層的抗溶劑性，提高反向聚合物太陽能電池的性能，我們通過表面共價(jià)的方法將接枝共聚氮丙啶（surface grafting hyper-branched polymer of aziridine，SGHPA)、3-氨基丙基三乙氧基硅烷（3-aminopropyltriethoxysilane，APTES）以及氮丙啶共價(jià)接枝于APTES的雙層膜（SGHPA@APTES），三種修飾層修飾于ITO表面。

3、我們對(duì)修飾后的ITO的表面性質(zhì)進(jìn)行了表征，并應(yīng)用于制備反向器件。結(jié)果表明，我們成功的將共價(jià)接枝氮丙啶修飾在基片表面，并且有效降低了ITO表面功函數(shù)，ITO的功函數(shù)從4.52 eV降到3.46 eV，降幅接近1 eV。以共價(jià)接枝修飾層作為陰極修飾層的反向聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率有明顯提高。以SGHPA@APTES作為陰極修飾層的反向結(jié)構(gòu)器件，能量轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)8.18％，與沒有陰極修飾層的器件相比，提高了76%。同時(shí)，以共價(jià)接枝修

4、飾層作為陰極修飾層的反向聚合物太陽能電池的器件穩(wěn)定性有明顯提高。其中以SGHPA和SGHPA@APTES作為陰極修飾層的反向結(jié)構(gòu)器件暴露于空氣中140 h后，能量轉(zhuǎn)換效率仍然保持原來的92%以上。
　　2.共軛小分子acridine orange hydrochlor hydrate（AOHH）作為陰極修飾層，應(yīng)用于傳統(tǒng)聚合物太陽能電池及反向聚合物太陽能電池。首先對(duì)AOHH修飾層的厚度、表面分子排列情況、表面形貌、修飾 ITO后表

5、面功函數(shù)的變化等作了表征，然后利用 AOHH作為陰極修飾層制備了兩種結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池器件，并研究了其器件性能。結(jié)果表明，AOHH可以很好地降低ITO的功函數(shù)，最大降幅為0.6 eV，證明了其可以作為陰極修飾層。以AOHH作為陰極修飾層的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率有明顯提高。其中，最好的能量轉(zhuǎn)換效率為6.97%，器件是以甲醇溶劑處理后再以乙醇作溶劑制備 AOHH陰極修飾層。而沒有陰極修飾層的器件效率為6.29%。我們將A

6、OHH作為陰極修飾層旋涂在ITO表面，探索了紫外臭氧清洗處理，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速，不同溶劑以及所蒸鍍 MoO3的厚度對(duì)使用 AOHH陰極修飾層所制備的反向聚合物太陽能電池器件性能的影響。最終優(yōu)化后，反向器件能量轉(zhuǎn)換效率最高為6.97%。
　　以上的研究表明，有機(jī)物陰極修飾層材料可以有效提高聚合物太陽能電池的器件性能和空氣穩(wěn)定性。本論文的研究是表面共價(jià)接枝修飾制備陰極修飾層的很好的嘗試，并且探索了含氮共軛分子在聚合物太陽能電池中的應(yīng)用，希望