聚合物和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的界面研究.pdf

1、聚合物和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因具有柔性、低成本、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注和研究。研究發(fā)現(xiàn)，它們有相似的界面特性，光電轉(zhuǎn)換的幾個(gè)關(guān)鍵過(guò)程——激子的分離、電荷的傳輸和收集，都與界面的特性息息相關(guān)。工作條件下器件的界面特性是動(dòng)態(tài)變化的參數(shù)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段，如 UPS、XPS、SKPM等，只能研究器件非工作條件下的靜態(tài)界面。本論文主要利用光誘導(dǎo)介電響應(yīng)、電場(chǎng)調(diào)制的光電流磁場(chǎng)效應(yīng)、電場(chǎng)調(diào)制的光致發(fā)光、光場(chǎng)調(diào)制的電流-電壓特性等原位測(cè)試手段

2、，研究器件工作條件下的動(dòng)態(tài)界面特性以及體內(nèi)與電極界面之間的關(guān)聯(lián)性。主要結(jié)論如下：
　　(1)通過(guò)匹配給體材料的HOMO能級(jí)和受體材料的LUMO能級(jí)，制備了高效聚合物太陽(yáng)能電池。研究發(fā)現(xiàn)，給體 HOMO能級(jí)能明顯改變界面處的電荷積累，而受體LUMO能級(jí)無(wú)明顯影響，這表明界面積累的載流子是以空穴為主的，電極界面勢(shì)能差值是控制電荷收集的關(guān)鍵因素，該研究結(jié)果為器件設(shè)計(jì)提供了直接實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　(2)基于PBTTPD:PCBM體系，制

3、備了不同PEDOT:PSS厚度的聚合物太陽(yáng)能電池，利用光誘導(dǎo)介電響應(yīng)發(fā)現(xiàn)它們有不同的界面電荷積累，電場(chǎng)調(diào)制的光電流磁場(chǎng)效應(yīng)顯示界面電荷積累多的器件中電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的束縛能更大，電荷在界面處誘導(dǎo)形成的與內(nèi)建電場(chǎng)反向的界面電場(chǎng)會(huì)增加給體-受體分子界面處電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的束縛能，減小電荷分離；該研究揭示了界面電場(chǎng)對(duì)體內(nèi)電荷分離的影響規(guī)律。
　　(3)探討了填充因子與光強(qiáng)之間依賴(lài)關(guān)系的影響因素：體內(nèi)陷阱、電荷復(fù)合、界面電荷積累，研究發(fā)現(xiàn)，在

4、光強(qiáng)增加過(guò)程中，體內(nèi)電荷復(fù)合和界面電荷積累等損耗過(guò)程會(huì)減小填充因子，在體內(nèi)有陷阱的器件中填充因子隨著光強(qiáng)的增加會(huì)先上升后下降；向活性層中摻雜可以作為電子陷阱的TCNQ分子后發(fā)現(xiàn)，增加TCNQ濃度后，填充因子與光強(qiáng)依賴(lài)關(guān)系曲線(xiàn)中最大填充因子所對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)會(huì)變大。該工作可以研究體內(nèi)是否存在陷阱以及陷阱濃度相對(duì)比較，相較于其他方法，該手段更加簡(jiǎn)單。
　　(4)利用界面偶極材料P2改善了PCBM/Al界面特性，通過(guò)溶液旋涂法和真空鍍膜法制備

5、出高效的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，將器件的效率從9.91％提升到了14.35%，并利用SKPM和電場(chǎng)調(diào)制的光致發(fā)光在器件非工作和工作條件下證明了界面偶極的存在，界面偶極可以提高界面電荷收集和體內(nèi)電荷傳輸。
　　(5)在聚合物和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池工作條件下，體內(nèi)和界面光伏過(guò)程是相互關(guān)聯(lián)的。提高體內(nèi)電荷的產(chǎn)生和傳輸性能會(huì)增強(qiáng)界面電荷積累；界面處的極化與積累會(huì)通過(guò)界
　　面電場(chǎng)調(diào)控體內(nèi)電荷分離和傳輸。該研究揭示了界面處光伏過(guò)程對(duì)整個(gè)器件的性