论文部分内容阅读
有机/高分子薄膜光伏电池以其重量轻、成本低、可制备在柔性衬底上并可与卷对卷(roll-to-roll)工艺相结合进行连续生产等优点而受到广泛关注。随各种新的窄带隙材料被不断合成出来，有机光伏电池的最高能量效率也在不断的刷新纪录。然而真正能够体现出有机光伏电池广阔应用前景的是人们能通过多种可与roll-to-roll结合的印刷或打印方法在大面积衬底上制备有机光伏电池。相比有很多工序的晶体硅电池制造工艺，roll-to-roll工艺设备廉价、工艺简单、生产迅速、能耗低。刮涂方法作为一种可与roll-to-roll加工技术结合的制膜方法，具有原材料利用率高、可制备纳米级别薄膜、重复性高并且可连续生产等特点。本论文主要围绕刮涂方法中的技术参数和薄膜厚度、形貌以及光伏电池性能的关系展开研究，取得的主要研究结果总结如下:
1.刮涂参数对活性层薄膜厚度的影响。研究发现，在刮涂制备活性层薄膜过程中，刮刀移动速度、刀口与基底间狭缝的大小、基底温度、基底表面能、溶液表面张力和溶液浓度等条件对薄膜厚度和形貌具有重要影响。我们对刮涂速度、刀口与基底间狭缝和基底温度这三个不改变溶液性质的参数对薄膜厚度的影响进行了系统研究。当刮涂速度增加或者基底温度降低时，由于溶液粘度和表面张力的变化导致活性层厚度增加。而当增大狭缝的宽度时，薄膜的厚度会呈现出先降低后升高的趋势。通过以上参数的调节可以更加快速准确的获得期望的薄膜厚度。
2.基于刮涂方法制备的P3HT(:)PCBM体系聚合物太阳能电池。我们利用刮涂方法制备了以P3HT/PCBM为给/受体材料的有机光伏电池。研究发现:提高基底温度在缩短薄膜干燥时间的同时，抑制了PCBM相的大尺度聚集。提高基底温度改善了P3HT(:)PCBM薄膜中P3HT在(100)方向上的结晶程度，但在π-π共轭方向上的有序度降低。制备的光伏电池经过进一步后退火处理后可形成良好的互穿网络结构，能量转换效率可达3.93％。
3.基于刮涂方法制备的PCDTBT(:)PC70BM体系聚合物太阳能电池。我们通过调节刮涂速度和刀口狭缝等参数，利用刮涂方法制备出了连续平滑的PEDOT(:)PSS阳极界面层，并在厚度为35纳米的PEDOT(:)PSS层上刮涂制备了以PCDTBT和PC70BM为给/受体材料的光伏电池。详细研究了降低刮涂时的基底温度或者采用CS2溶剂饱和蒸汽处理这两种方法对PCDTBT(:)PC70BM活性层和光伏电池性能的影响。研究发现，降低刮涂时的基底温度或者采用CS2溶剂饱和蒸汽处理都可以使PCDTBT(:)PC70BM薄膜中的PCDTBT形成大量的纤维状聚集，从而改善薄膜中的给/受体互穿网络结构，由此方法制备出的PCDTBT(:)PC70BM光伏电池的能量转换效率最高可达5.02％。