基于新型DPP類聚合物材料厚活性層太陽能電池器件優(yōu)化方法研究.pdf

1、太陽能是最清潔的可再生能源之一，發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè)對解決能源危機和生態(tài)環(huán)境問題有著非常重要的意義，特別是有機的聚合物太陽能電池（Polymer Solar Cells, PSCs）具有成本低、質(zhì)輕、易于實現(xiàn)大面積生產(chǎn)以及可柔性制作等特點，使其在光電轉(zhuǎn)化效率和大規(guī)模應(yīng)用等方面具有潛在的優(yōu)勢。PSCs的發(fā)展非常迅速，能量轉(zhuǎn)化效率（Power Conversion Efficiency, PCE）已超過了10％，發(fā)展PSCs商業(yè)化應(yīng)用迫在眉睫

2、。目前，體異質(zhì)結(jié)（bulk heterojunction, BHJ）PSCs的研究最為廣泛，其活性層由聚合物給體與富勒烯衍生物受體混合可以有效促進激子解離。然而該類PSCs活性層通常較薄，一般在100 nm左右時效率最優(yōu)，薄的活性層不僅影響了材料的吸光效率且其厚度的微小變化對器件效率和穩(wěn)定性影響很大，不利于采用噴墨打印或卷對卷工藝進行大面積制備生產(chǎn)，也是制約PSCs的PCE的因素之一。
　　本論文結(jié)合新型寬光譜、高載流子遷移率的D

3、PP類聚合物材料，針對傳統(tǒng)的器件優(yōu)化方法對活性層厚度的影響進行了研究，期望獲得最佳的厚活性層PSCs優(yōu)化工藝，并且探討分析了優(yōu)化工藝在厚的BHJ薄膜中的作用機理。主要研究工作如下：
　　1、利用PBDT-FB-DPP聚合物材料對PSCs器件優(yōu)化工藝進行了細致的研究，包括給/受體比例、添加劑以及甲醇蒸汽處理工藝對器件光電性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)，基于PBDT-FB-DPP:PC60BM的PSCs器件最佳活性層厚度約100 nm，PSCs

4、的最佳給受體比例為1:2，DIO的最優(yōu)濃度為5 vol%，甲醇蒸汽處理最佳時間為30s，此時PCE能達到2.73%。另外，我們還發(fā)現(xiàn)添加劑DIO和甲醇蒸汽處理均有改善器件光電性能的作用，但其作用機理不盡相同。
　　2、結(jié)合PDPP-T-TT聚合物材料深入研究了溶劑添加劑、混合溶劑、溶劑蒸汽處理(solvent vapor annealing, SVA)以及固體添加劑BPO四個BHJ優(yōu)化工藝在厚活性層PSCs器件中的應(yīng)用。我們發(fā)現(xiàn)，

5、溶劑添加劑、混合溶劑和溶劑蒸汽處理均能夠有效提高器件的光電性能，通過一系列工藝的優(yōu)化器件PCE可以從1.41%提高到3.47%，Jsc從2.97 mA·cm-2提高到了9.90 mA·cm-2，其中溶劑添加劑DIO和CN均可以將最優(yōu)器件的活性層厚度從約90 nm提高到近300 nm。溶劑蒸汽處理工藝在提高活性層厚度的作用上效果很低，甲醇蒸汽處理可以將最優(yōu)器件活性層厚度從250 nm提高到270 nm。除此之外我們針對溶劑添加劑和溶劑蒸汽

6、處理的不同工作機理，考察了甲醇蒸汽處理對器件光學(xué)、電學(xué)性能的影響，討論了甲醇蒸汽處理提高Jsc的根本原因。
　　3、利用了聚合物PBDT-DFB-DPP作為摻加材料，加入到基于P3HT:PC60BM的二元器件中制備了三元混合結(jié)構(gòu)PSCs，期望通過吸收的互補，拓寬器件的吸收光譜。盡管結(jié)果不如預(yù)期，但我們對三元混合結(jié)構(gòu)中器件的電學(xué)性能進行了分析，制備了單空穴器件，考察了器件的空穴遷移率。實驗發(fā)現(xiàn) PBDT-DFB-DPP的加入使得基于