高效穩(wěn)定的有機太陽能電池的界面研究.pdf

1、有機太陽能電池因其操作工藝簡單、材料來源廣泛、能夠制備大面積柔性器件、生產(chǎn)成本低廉等而受到大家的廣泛關(guān)注。在現(xiàn)在能源匱乏的時代，有機太陽能電池的研究對于新能源的開發(fā)和應(yīng)用具有重要意義和潛在價值。目前有機聚合物太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達(dá)到12.0％以上，但是還有很多問題亟待解決，特別是有機聚合物太陽能電池的穩(wěn)定性問題；而且目前廣泛使用的界面材料大部分使用有機溶劑溶解，不利于生態(tài)環(huán)境的發(fā)展。有機無機雜化太陽能電池效率雖然已經(jīng)達(dá)到20%，但是

2、還有很多問題沒有研究清楚。為了解決這些問題，我的研究工作旨在提高有機太陽能電池的效率和穩(wěn)定性，并從環(huán)境保護(hù)的角度研究和開發(fā)對環(huán)境友好的器件制備新工藝，以及從器件物理的角度加深對器件機理的理解。研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：
　　1.用去離子水作為“綠色”溶劑，制備了一系列的水溶性界面材料。這些材料成功地取代了PEDOT:PSS，提高了器件性能，特別是提高了聚合物太陽能電池的穩(wěn)定性。我們制備的水溶性界面材料主要包括過渡金屬氧化物Mo

3、O3、V2O5，非過渡金屬氧化物GeO2等。用水溶性MoO3制備的器件效率和基于PEDOT:PSS的器件相當(dāng)，但是器件的穩(wěn)定性得到了很大的提高；而用V2O5和GeO2制備的器件的無論是效率還是穩(wěn)定性都比基于PEDOT:PSS的器件高。通過對器件光場分布的模擬計算，可以觀察到在模擬的V2O5和GeO2薄膜器件中，光場強度都很高。同時，我們發(fā)現(xiàn)基于水溶性的V2O5和 GeO2的器件復(fù)合率較小，載流子壽命較長，而且和ITO的界面接觸電阻小。<

4、br>　　2. Cs2CO3由于其高電子注入能力，被廣泛運用于有機電致發(fā)光器件中。Cs2CO3在極性溶劑中有很好的溶解度，可以進(jìn)行溶液加工。因此，我們用水溶性 MoO3和 Na2WO4對 Cs2CO3進(jìn)行摻雜以調(diào)節(jié) Cs2CO3的能級。摻雜過后的陰極界面層被成功地運用在P3HT和IC60BA體系的聚合物太陽能電池中。和純的Cs2CO3相比，器件的Voc明顯升高了，器件的效率從3.27%提高到5.25%。我們用X-射線光電子能譜儀（XPS

5、）和紫外光電子能譜儀（UPS）對其能級進(jìn)行了進(jìn)一步探索。在水溶性MoO3和Na2WO4摻雜的Cs2CO3薄膜材料中，我們發(fā)現(xiàn)了新的物質(zhì)的生成即Cs的復(fù)合體材料：Cs-O-Mo和Cs-O-W。
　　3.在聚合物太陽能電池中，活性層對太陽光的吸收以及活性層中電子空穴的擴散均對活性層厚度有要求，但兩者的要求不一樣。因此，我們需要控制活性層的厚度，使之在這兩方面能達(dá)到一個平衡。而金屬納米粒子的局域等離子共振可通過入射太陽光和金屬粒子周圍電

6、磁場所引起的共振，在不需要增加活性層厚度的情況下來增強器件的Jsc。我們把金納米粒子和銀納米粒子摻雜在陰極界面層TiO2中，用反置的聚合物體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)來研究金納米粒子和銀納米粒子的局域等離子共振效應(yīng)。在TiO2中分別摻雜金納米粒子和銀納米粒子后，器件的開路電壓基本保持不變，而器件的Jsc有所提高。在一定濃度的銀納米粒子摻雜后，器件的效率可提高到7.52%，比沒有摻雜的器件效率提高了20.7%。我們系統(tǒng)地研究了金納米粒子和銀納米粒子在器件

7、中的影響，包括金屬納米粒子的尺寸、表面形貌、穩(wěn)態(tài)和動態(tài)的光致發(fā)光譜、金屬納米粒子電場分布的理論計算等。
　　4.為了改善鈣鈦礦型材料CH3NH3PbI3的成膜情況，我們用兩步法對鈣鈦礦型材料進(jìn)行退火，所使用的溫度很低（60℃和90℃），退火時間不超過一個小時。而通常的文獻(xiàn)報道中，退火溫度都要達(dá)到100℃。如用更低的溫度退火時，制備出來的器件效果不好，且退火時間超過一個小時，有的甚至用兩個小時。采用我們的方法所制備出來的器件其性能得