N型有機(jī)電子傳輸層及其聚合物太陽(yáng)能電池.pdf

1、聚合物太陽(yáng)能電池（PSCs）由于其質(zhì)量輕、成本低、機(jī)械性能好而且易于實(shí)現(xiàn)大面積的制備等突出優(yōu)點(diǎn)而受到學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展，聚合物太陽(yáng)能電池的研究已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展，目前單結(jié)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)突破10％。進(jìn)一步優(yōu)化太陽(yáng)能電池器件性能的方法主要包括設(shè)計(jì)合成新型光活性層材料以及制備更加高效的器件結(jié)構(gòu),而器件結(jié)構(gòu)中的界面調(diào)控對(duì)于提高太陽(yáng)能電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性至關(guān)重要。優(yōu)異的界面材料不僅能夠調(diào)控活性層和電極等接

2、觸界面的能級(jí)使得更利于電荷的提取和收集，還能夠改善活性層和相應(yīng)電極之間的界面接觸，最終提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。
　　本論文設(shè)計(jì)合成了兩種新型的N型有機(jī)電子傳輸層材料，希望在保證較高電荷傳輸性能的前提下，既能夠改善界面接觸，又能調(diào)控界面能級(jí)結(jié)構(gòu)，從而最終提高整個(gè)電池的器件性能。首先，我們?cè)O(shè)計(jì)合成了一種既能夠自組裝又能夠聚合形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的反應(yīng)性富勒烯衍生物EEMC。由于EEMC富勒烯球的一端接了乙氧鏈，使得其修飾傳統(tǒng)ZnO材料

3、作為電子傳輸層時(shí)，能夠與ZnO表面的羥基形成較強(qiáng)的氫鍵自組裝相互作用，不僅鈍化ZnO表面的電荷缺陷，還能很好改善無(wú)機(jī)材料和有機(jī)活性層之間的接觸。另外，EEMC另一端的雙鍵能夠在加熱的條件下聚合形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，這也保證了在修飾ZnO作為電子傳輸層時(shí)能夠穩(wěn)定存在不被上層有機(jī)活性層洗蝕掉。而且 EEMC本身就是含富勒烯的N型半導(dǎo)體具有優(yōu)異的電子遷移率，所以將EEMC修飾ZnO作為電子傳輸層應(yīng)用到反式太陽(yáng)能電池器件中，其光電轉(zhuǎn)換效率明顯提

4、高，而且器件穩(wěn)定性也得到顯著改善；此外，為了更加進(jìn)一步的改善器件工藝優(yōu)化器件性能，我們還設(shè)計(jì)合成了另外一種N型的聚電解質(zhì)PDPPNBr取代ZnO作為電子傳輸層。和傳統(tǒng)的非共軛或P型共軛電解質(zhì)不同的是，我們選用吡咯并吡咯烷酮（DPP）這一典型的N型缺電子結(jié)構(gòu)作為共軛主鏈，側(cè)鏈引入極性季銨鹽。PDPPNBr由于其主鏈為缺電子體系，而且共平面性好，使得其具有較好的電荷傳輸能力。而且由于其具有兩親性會(huì)在電極和活性層之間形成不對(duì)稱接觸，能夠產(chǎn)生利

5、于電子傳輸?shù)慕缑媾紭O。將PDPPNBr用作PSCs的電子傳輸層，能有效的提高太陽(yáng)能電池的器件性能，其中以 PDPPNBr作為電子傳輸層修飾 ITO能將器件效率從7.15%（ ITO/ZnO/PTB7: PC71BM/MoO3/Ag）提高到8.02%（ ITO/PDPPNBr/PTB7:PC71BM/MoO3/Ag）。另外值得注意的，不同于傳統(tǒng)的非共軛或者 P型共軛聚電解質(zhì)，這類聚電解質(zhì)還具有一個(gè)出色的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)厚度不敏感，其厚度在達(dá)到將近