C-,60-和PCBM共摻P3HT體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的研究.pdf

1、太陽能作為一種清潔的可再生能源越來越引起人們的重視，無機(jī)太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率可以輕松突破15％，但是由于硅材料具有較高的成本，使其發(fā)展大受限制。而對于聚合物光伏器件，由于其具有較低的材料和制作成本、良好的機(jī)械性和柔韌性、化學(xué)結(jié)構(gòu)的可操作性使其變得非常有潛力，當(dāng)前基于PCBM（[6，6]-pheny1 C61-butyric Acid Methyl Ester）和P3HT（Poly（3-Hexylthiophene））的光伏器件能量轉(zhuǎn)換

2、效率可以突破6％，與無機(jī)太陽能電池相比，其轉(zhuǎn)換效率比較低，發(fā)展受到一定制約。因此目前的研究主要集中在材料的選擇和器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化上面。 本文首先回顧了基于聚合物/富勒烯的體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的發(fā)展歷程和發(fā)展現(xiàn)狀；而后介紹在聚合物光伏中常用的幾種材料器件的結(jié)構(gòu)，接著介紹了有機(jī)光伏的基本機(jī)理。最后針對目前有機(jī)光伏光電轉(zhuǎn)換率較低的不足，使用C60和PCBM作為電子受主共同摻雜到施主材料P3HT中，分析了C60在改善器件性能方面的作用，同時

3、研究了退火方式以及溶劑效應(yīng)對于P3HT：PCBM：C60體異質(zhì)結(jié)光伏體系微區(qū)形貌和器件性能的影響。 本文使用C60和PCBM作為電子受體對P3HT摻雜制成體異質(zhì)結(jié)太陽能電池，分別制備了ITO/PEDOT：PSS/P3HT：PCBM/A1和ITO/PEDOT：PSS/P3HT：PCBM：C60/A1器件，通過改變制作工藝，經(jīng)過分析各種器件的Ⅰ-Ⅴ曲線，結(jié)果表明以PCBM和C60共同作為電子受主效率明顯優(yōu)于單純使用PCBM，太陽能電

4、池的光電轉(zhuǎn)換效率有了顯著的增長；ITO/PEDOT：PSS/P3HT：PCBM：C60/A1器件在不同退火方式和退火溫度下性能有很大的不同，使用器件退火（post-anneal）的方式，在140℃下對光伏器件熱處理10分鐘，器件的性能較高；不同溶劑對有機(jī)薄膜的微區(qū)形貌有很大影響，最終影響電池的光電轉(zhuǎn)換效率。具體結(jié)果如下： 1.在C60加入以后，改善了電子受主材料（PCBM+C60）的LUMO能級（Lowest Unoccupie

5、d Molecular Orbital）（最低未占據(jù)軌道），使得太陽能電池的開路電壓有了一定的增長。 2.證實了器件退火的方法可以有效增大器件的并聯(lián)電阻和開路電壓；同時使用器件退火的方式減少了串聯(lián)電阻，使有機(jī)層和金屬電極之間有更好的分離界面，薄膜有更好的自組裝效應(yīng)，太陽能電池有更高的的短路電流密度；且以PCBM和C60共摻P3HT的光伏器件，在140℃下對器件退火處理，薄膜內(nèi)三種物質(zhì)有最佳的相分離尺度，器件的性能也相應(yīng)較高。

6、 3.C60在不同溶劑中溶解度不同，實驗證明其在鄰二氯苯（1.2-dichlorobenzene）（ODCB）中有較好的溶解度；P3HT：PCBM：C60三種材料溶于ODCB時，器件有更好的表面形貌，最終改善了器件的短路電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率。 4.鄰二氯苯（DCB）為溶劑的前提下，P3HT：PCBM：C60薄膜的形貌要優(yōu)于P3HT：PCBM的形貌；使用氯苯（CB）：鄰二氯苯（ODCB）的混合溶劑，隨著C60的加入，甚至可以