基于PTB7-PC71BM體系的高性能三元有機(jī)太陽(yáng)能電池的研究.pdf

1、三元體系是提高有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的一種有效方式，近年來(lái)越來(lái)越多的科研團(tuán)隊(duì)投入到三元有機(jī)太陽(yáng)能電池的前沿研究中。本論文在經(jīng)典的PTB7:PC71BM二元體系有機(jī)太陽(yáng)能電池中分別摻入小分子材料Rubrene以及共軛聚合物材料PDPPBTT作為第三種組分，研究了摻雜材料對(duì)器件性能的影響。
　　首先，研究了摻入小分子材料Rubrene的情況。當(dāng)Rubrene的摻雜比例為1.0 wt％時(shí)，所制得的PTB7:Rubrene:PC71BM三元有

2、機(jī)太陽(yáng)能電池性能最優(yōu)，功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)8.03%，與二元電池6.60%的功率轉(zhuǎn)換效率相比提高了21.7%。導(dǎo)致效率提高的原因，主要是因?yàn)镽ubrene、PTB7和PC71BM三者之間形成了合適的能級(jí)梯度排布，促進(jìn)了載流子的傳輸，同時(shí)利用了Rubrene到PTB7的F?rster能量傳遞，加強(qiáng)了光子的捕獲。此外，Rubrene合適的位置分布改善了活性層的表面形貌。阻抗譜表明Rubrene的摻雜抑制了活性層中的非孿生復(fù)合過(guò)程，從而提高了光生載

3、流子的數(shù)量。
　　隨后，研究了摻入共軛聚合物材料PDPPBTT的情況。當(dāng)PDPPBTT的摻雜比例為0.5 wt%時(shí)，所制得的PTB7: PDPPBTT:PC71BM三元有機(jī)太陽(yáng)能電池性能最優(yōu)，功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)7.89%，與二元電池6.49%的功率轉(zhuǎn)換效率相比提高了21.6%。導(dǎo)致效率提高的原因，主要是因?yàn)镻DPPBTT的摻雜補(bǔ)充了器件近紅外波段的光吸收，PDPPBTT、PTB7和 PC71BM三者之間形成了合適的能級(jí)梯度排布，利用了

4、PTB7到PDPPBTT的F?rster能量傳遞，同時(shí)平衡了電子和空穴的遷移率。此外， PDPPBTT的加入使PTB7的結(jié)晶增強(qiáng)，優(yōu)化了活性層的表面形貌。并且PDPPBTT作為第三元材料延長(zhǎng)了載流子的平均壽命，抑制了活性層中的非孿生復(fù)合過(guò)程，保證了載流子的有效傳輸和收集。
　　綜上所述，采用小分子Rubrene或聚合物PDPPBTT作為摻雜PTB7: PC71BM體系的第三元材料可以有效提升有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能。本工作為高性能的新