【摘 要】
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有机太阳电池具有质量轻、可溶液加工以及可制备成大面积柔性器件等优点,近年来发展迅速。有机材料种类多,经过近几十年的研究,由于新型材料的合成,器件结构的设计,活性层形貌的优化等,单结有机太阳电池的光电转换效率已经超过18%。但是,单结有机太阳电池始终面临着挑战。一是给受体材料吸收光谱较窄,不能有效吸收太阳光;二是当光子激发给受体材料电子跃迁时,光子能量大于给受体材料的光学带隙会导致热损失。制约了有机
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有机太阳电池具有质量轻、可溶液加工以及可制备成大面积柔性器件等优点,近年来发展迅速。有机材料种类多,经过近几十年的研究,由于新型材料的合成,器件结构的设计,活性层形貌的优化等,单结有机太阳电池的光电转换效率已经超过18%。但是,单结有机太阳电池始终面临着挑战。一是给受体材料吸收光谱较窄,不能有效吸收太阳光;二是当光子激发给受体材料电子跃迁时,光子能量大于给受体材料的光学带隙会导致热损失。制约了有机太阳电池效率的进一步提高。本文主要从合成较宽的吸收光谱材料和利用叠层太阳电池降低光学带隙导致的热损失方面解决以上问题。具体内容如下:1)我们利用稠环N-烷基DTP与封端基团EG-2F之间的分子内推拉效应,合成了一种新型受体-给体-受体型的窄带隙小分子受体DTP-C17-4F,并将其制备成有机太阳电池。利用紫外可见分光光度计测得该材料的光学吸收光谱,并计算出其光学带隙为1.38eV,太阳光吸收光谱可以拓宽至900nm。基于DTP-C17-4F的有机太阳电池能更加充分的利用太阳光。通过电化学循环伏安法,我们得到DTP-C17-4F 的 HOMO 能级和 LUMO 能级分别为-5.59eV 和-4.16eV。DTP-C17-4F具有较强的近红外吸收、合适的能级、良好的薄膜形貌和较高的电子迁移率,在无添加剂时,短路电流达21.17mA/cm2。器件最优光电转换效率达到8.94%。2)我们利用材料的不同吸收光谱,设计并制备了结构为ITO/SnO2/PBDB-T:IT-M/MoO3/Ag/PFN-Br/PCE10:IEICO-4F/MoO3/Al 和 ITO/SnO2/J71:IT-M/MoO3/Ag/PFN-Br/PCE10:IEICO-4F/MoO3/Al 的反向串联叠层有机太阳电池。分别得到11.41%和11.51%的光电转换效率,超过单结子电池。其中,以J71:IT-M作为前一结活性层的叠层电池吸收更宽的太阳光谱,实现较高的开路电压1.62V和较低的能量损失0.04V。两种叠层器件在不同光照强度下效率都超过11%,在不同光照强度下器件都能有效工作。器件经封装,在空气中,100小时持续光照下,其光伏特性仍保持在较高值,具有很好的稳定性。
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