富勒烯銨鹽陰極界面修飾層材料的研究.pdf

1、近年來，聚合物太陽能電池(PSCs)因制造流程簡單、可折疊、重量輕等優(yōu)點，吸引了越來越多的關(guān)注。為了提高器件的能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)，學(xué)者們的研究重點主要集中在四個方面:(1)進一步探明光電轉(zhuǎn)化機理;(2)開發(fā)新型可溶液加工，能級匹配的給體和受體材料;(3)開發(fā)新的制造工藝使活性層微觀結(jié)構(gòu)達到本體異質(zhì)結(jié)的理想狀態(tài);(4)開發(fā)新型器件結(jié)構(gòu)（如反向結(jié)構(gòu)、疊層結(jié)構(gòu)等）和新型界面修飾層材料。其中，開發(fā)新型陰極界面修飾層材料是聚合物太陽能電池研究

2、的熱點之一。本論文在先前研究工作的基礎(chǔ)上合成了三種富勒烯銨鹽，并對其進行性能表征、器件研究和材料化學(xué)方面的研究，主要內(nèi)容如下:
　　1.制備了三種富勒烯銨鹽:碘化-[6，6]-苯基-碳61-丁酸-3-（三甲基銨基）-1-丙酯（PCBANI）、二碘化-[6，6]-苯基-碳61-丁酸-2-（二甲基（2-（三甲基銨基）乙基）銨基）乙酯(PCBDANI)和溴化-[6，6]-苯基-碳61-丁酸-2-（甲基（2-（二甲基乙基銨基）乙基）胺基）

3、乙酯(PCBDANBr)。這三種材料可溶于醇，難溶于非極性溶劑，在空氣中穩(wěn)定且電導(dǎo)率高（分別高達1.50×10-2、1.98×10-2和1.05×10-2Scm-1）。電子自旋共振(ESR)實驗證實了這三種富勒烯銨鹽具有自由基信號，這說明富勒烯銨鹽發(fā)生了n-型自摻雜。另外，這三種材料都可以有效降低ITO的功函數(shù)。我們結(jié)合測量薄膜厚度和紫外-可見吸收光譜，驗證了此類富勒烯銨鹽具備較好的耐受二氯苯的能力，其中PCBDANI最優(yōu)。高電導(dǎo)率使得

4、這三種材料也具備厚度不敏感性，當(dāng)作為陰極界面修飾層的PCBDANI膜厚度達82 nm時，反向器件（結(jié)構(gòu)為:ITO/PCBDANI/P3HT∶PCBM/MoO3/Ag）的PCE仍能達到3.43％（最大值為3.83％）。
　　2.為了探究n-型自摻雜的機理，我們使用電化學(xué)方法對富勒烯銨鹽薄膜和溶液進行電解，并用AgNO3水溶液檢測出電解液中存在鹵素離子。此外，在電解富勒烯銨鹽的DMSO溶液的同時測量溶液的紫外-可見-近紅外吸收光譜，我

5、們發(fā)現(xiàn)在1026 nm處出現(xiàn)富勒烯陰離子自由基的吸收峰，該吸收峰隨著電解時間的延長而增強。ESR實驗證實富勒烯銨鹽固體和溶液都具有ESR信號，這說明此類材料發(fā)生了分子內(nèi)的n-型自摻雜。據(jù)此，我們提出該類材料的n-型自摻雜機理，并闡明分子內(nèi)鹵素陰離子與富勒烯核共享其負電荷，使得鹵素的存在形式介于傳統(tǒng)的陰離子和中性自由基之間。在此基礎(chǔ)上，我們進一步提出導(dǎo)電模型解釋含鹵素的富勒烯銨鹽具有高電導(dǎo)率的原因。其中，鹵素原子起到連接富勒烯核的橋梁的作