有機(jī)小分子光伏給體材料設(shè)計(jì)與器件優(yōu)化研究.pdf

1、有機(jī)光伏電池因?yàn)榫哂腥嵝浴⒖纱竺娣e制備、低成本等優(yōu)勢(shì)受到廣泛的關(guān)注。但是要實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)真正的應(yīng)用，還需要進(jìn)一步提高有機(jī)光伏器件的能量轉(zhuǎn)換效率。本論文以提高光伏器件能量轉(zhuǎn)換效率為目標(biāo)，設(shè)計(jì)合成了一系列可溶液處理的小分子光伏給體材料，研究了材料的熱穩(wěn)定性、光學(xué)以及電化學(xué)性質(zhì)，制作了單層光伏器件并進(jìn)行了器件優(yōu)化工作。論文各部分的研究內(nèi)容如下：
　　1、設(shè)計(jì)合成了含有二維共軛的苯并雙噻吩（BDT）結(jié)構(gòu)單元的可溶液處理有機(jī)小分子光伏給體材料

2、：DR3TBDTT，DT3TBDTT-HD和DR3TBDT2T。相比于同類的一維BDT小分子給體材料DR3TBDT，新合成的三個(gè)材料具有更高的熱分解溫度，更加紅移的吸收。在使用形貌添加劑PDMS的情況下，基于DR3TBDTT與DR3TBDT2T的光伏器件能量轉(zhuǎn)換效率分別高達(dá)8.12％與8.02%，為當(dāng)時(shí)文獻(xiàn)報(bào)道的有機(jī)小分子光伏領(lǐng)域里最好的結(jié)果。
　　2、設(shè)計(jì)合成了一個(gè)基于硒吩核的可溶液處理小分子給體化合物DRCN7T-Se。該分子

3、具有與基于噻吩核的分子DRCN7T類似的光譜吸收和能級(jí)結(jié)構(gòu)。在使用熱退火進(jìn)行形貌調(diào)控的情況下，基于DRCN7T-Se的光伏器件獲得了最高為8.30%的能量轉(zhuǎn)換效率。活性層形貌分析表明，基于DRCB7T-Se的活性層共混薄膜中較大的纖維狀相寬度，相對(duì)較差的給受體互穿網(wǎng)絡(luò)對(duì)光伏器件的短路電流產(chǎn)生了不利影響，從而使得能量轉(zhuǎn)換效率稍低于其同類材料DRCB7T的器件。
　　3、設(shè)計(jì)合成了一個(gè)新的可溶液處理小分子給體化合物DRDTSBDTT。

4、借助于模型分析器件的暗場(chǎng)電流-電壓（J–V）特性曲線，研究了退火溫度對(duì)器件性能和活性層形貌的影響。J–V曲線分析表明，提高退火溫度極大地增大了光伏器件二極管反向飽和電流密度及其指前因子，從而減小了開路電壓。與此同時(shí)，隨著退火溫度的升高，一方面共混薄膜中的結(jié)晶尺寸與相寬度都會(huì)明顯地增加，進(jìn)而導(dǎo)致了單分子復(fù)合的增加；另一方面更大的晶體尺寸與更好的互穿網(wǎng)絡(luò)又導(dǎo)致了雙分子復(fù)合的減少。這兩部分的共同作用使短路電流密度與填充因子呈現(xiàn)出先增加后減小的

5、趨勢(shì)。
　　4、為了探求基于DR3TBDTT-HD和DR3TBDT2T的光伏器件性能差異的原因，我們建立了新的雙二極管等效電路模型并用來仿真分析器件光場(chǎng)下的電流-電壓特性。結(jié)果表明基于DR3TBDTT-HD的光伏器件的電荷傳輸能力不足，從而導(dǎo)器件內(nèi)部寄生回路漏電較大，進(jìn)而使其器件能量轉(zhuǎn)換效率變低。拉曼光譜技術(shù)以及二維掠入X射線衍射技術(shù)也證明按照現(xiàn)有工藝制備的DR3TBDTT-HD共混薄膜的結(jié)晶性較差，印證了器件電學(xué)仿真結(jié)果。隨后，