论文部分内容阅读
有机太阳能电池拥有成本低、重量轻、可弯曲、可溶液加工并且可以大面积制备等优点，因此在学术界和产业界受到广泛的关注。经过对分子结构、器件结构和加工工艺的优化，基于聚合物或有机小分子给体与富勒烯受体共混的太阳能电池的光电转化效率早己突破11％，最近，基于聚合物给体非富勒烯受体的太阳能电池光电转化效率也突破了11％，这显示出有机太阳能电池的巨大应用前景。 在有机太阳能电池中，反向结构的太阳能电池由于避免了使用PEDOT∶PSS这种酸性材料和Ca等活泼金属材料，具有比正向构型更好的空气稳定性。此外，对于很多聚合物太阳能电池，反向器件相比正向器件拥有更好的垂直相分离，因而器件效率大大提高。 本论文制备了基于有机材料尤其是非富勒烯材料的反向太阳能电池，研究了反向结构器件的形貌及其他方面优势，并通过不同的加工制备方法提高了电池的效率。具体内容如下: 1、将富勒烯衍生物DMAPA-C60作为修饰ITO的阴极修饰层，应用于基于PTB7∶PC70BM体系的反向有机太阳能电池中。相比ZnO做阴极修饰层，其器件效率大大提高（PCE由6.24％提高到了7.43％）。DMAPA-C60修饰层与ZnO修饰层相比，在ITO表面上铺展更加平整，与电极和活性层的接触更好。同时由于DMAPA-C60是一种富勒烯衍生物，其与受体富勒烯的接触也更好，能级更加匹配。从而使得串联电阻大大降低，JSC大大提高，因而PCE也大大提高。 2、通过层层法构筑了基于小分子DIB-SQ为给体，聚合物PPDIDTT为受体的反向有机太阳能电池。热退火后，器件效率达到了1％以上。而传统混合溶液加工法的对比器件没有光伏响应。研究表明，与传统混合溶液法器件相比，层层法器件拥有更好的形貌，更利于激子分离以及减少电荷复合。并且，层层法器件可以得到更有效的垂直相分离结构，更有利于电荷传输以及在电极处的收集。 3、以小分子非富勒烯材料DC-IDT2F作为受体，聚合物PBDTTT-C-T作为给体，研究其在正向和反向太阳能电池器件中不同的性能。优化后的反向器件的PCE为3.08％，而正向器件PCE仅为2.26％。研究表明，反向器件中活性Ⅲ层拥有较平整的表面，较小的相分离尺度。活性层中，给体趋向于在表面聚集，这更有利于反向器件中电荷的传输及其在电极处的收集，而不利于正向器件。 4、通过转膜的方法制备了一种基于聚合物P3HT为给体，非富勒烯IDT-2BR为受体的半透明全塑料柔性太阳能电池。电池的可见光平均透明度大约为50％，完全可以胜任建筑物中的半透明窗户。其器件效率也达到了2.88％，大大高于相近透明度的P3HT:PC61BM电池。我们测试了其弯曲稳定性，相比于富勒烯电池，我们的非富勒烯电池弯曲稳定性也有所提高。