活性層的處理對聚合物電池性能改善及其機制的研究.pdf

1、在有機聚合物太陽能電池的體異質(zhì)結(jié)活性層中加入液態(tài)或者固態(tài)添加物有助于提高有機聚合物太陽能電池的效率。本論文采用不同手段研究了聚合物太陽能電池活性層處理后的形貌、光吸收變化，進(jìn)一步明確了聚合物電池中的物理過程、影響因素等工作機理，加深了對有機聚合物太陽能電池的器件物理特性的理解。
　　首先使用添加劑1，8-二碘辛烷(DIO)和熱處理手段提高了P3HT∶PC61BM體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的效率。利用掠入射X射線衍射譜(GIXRD)技術(shù)深入

2、研究并對比了添加劑DIO與熱處理對P3HT∶PC61BM體異質(zhì)結(jié)薄膜的內(nèi)部形貌，尤其是P3HT分子的自組裝結(jié)晶。熱處理和DIO添加劑對于P3HT分子結(jié)晶的推動力是不同的，但是它們在提高P3HT分子結(jié)晶的相干長度上達(dá)到了相似的效果，熱處理方法在增大P3HT的相干長度方面表現(xiàn)更好，使其具有更有效的載流子傳輸。添加劑DIO處理的混合薄膜有最小的P3HT分子層狀疊加結(jié)晶的層間距，證明了添加劑DIO處理比熱處理在P3HT分子主鏈結(jié)晶方面有更強烈的

3、影響。而后對薄膜同時使用了熱處理和添加劑兩種處理手段。結(jié)果顯示熱處理控制了P3HT分子的主鏈團(tuán)聚的結(jié)晶時間，從而影響了PC61BM分子的漂移和團(tuán)聚。對使用了3vol％ DIO添加劑的P3HT∶PC61BM活性層進(jìn)行熱處理制成的電池器件比只使用了3vol％DIO添加劑的電池器件效率提高了45％左右。開路電壓和P3HT分子結(jié)晶的層間距密切相關(guān)，短路電流和填充因子受P3HT分子結(jié)晶和PC61BM分子聚合大小的影響。
　　利用添加非溶劑氯

4、萘(CN)提高了P3HT∶PC61BM體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的性能。器件中的給體P3HT和受體PC61BM均溶于CN。對比純P3HT薄膜、P3HT∶PC61BM混合薄膜、P3HT∶PC61BM∶CN混合薄膜，我們可知CN的存在使P3HT∶PC61BM有機薄膜的吸收變強并紅移，光致發(fā)光的增強也預(yù)示著P3HT鏈的變長或者分相粒徑變大。激子在給體P3HT和受體PC61BM都有產(chǎn)生。使用瞬態(tài)吸收光譜TAS發(fā)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移態(tài)CT界面態(tài)的出現(xiàn)，意味著無論是

5、否有CN添加，雙分子復(fù)合都有可能存在。而P3HT∶PC61BM∶CN薄膜中增強的CT態(tài)響應(yīng)來自于更高結(jié)晶的P3HT相，CT態(tài)和自由載流子態(tài)的更慢衰減則意味著更小的復(fù)合損失。
　　使用金納米顆粒加入活性層中提高了PTB7∶PC71BM體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的效率。金納米顆粒降低了活性層對光子的吸收，隨著添加濃度的增加，電池的光吸收不斷下降，但電池的效率則不同。由于所有電池器件活性層形貌都是優(yōu)化的，所以和活性層形貌相關(guān)的激子解離效率基本相

6、同。通過對電容電壓曲線，Mott-Schottky曲線和阻抗譜的分析、與不同偏壓下電池器件內(nèi)部能級結(jié)構(gòu)的變化對應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在活性層中添加低濃度的金納米顆?？梢酝ㄟ^有效降低雙分子復(fù)合率，提高載流子遷移率和提高載流子收集效率，從而提高電池器件的短路電流和效率。而在活性層中添加相對較高的金納米顆粒時，電池器件的載流子遷移率達(dá)到最高，載流子的雙分子復(fù)合有所下降，載流子的收集效率也有一定的提高。但是金納米顆粒引起的缺陷態(tài)密度的升高和吸收光譜的大幅下降