新型給體材料及活性層摻雜控制的有機太陽能電池研究.pdf

1、有機聚合物太陽能電池的研究開始于上世紀70年代,由于其具有重量輕、可用濕法成膜、具有大面積制備的潛能,以及可制備成柔性、特種形狀器件、甚至可以實現(xiàn)全塑料化和較強的光吸收密度等優(yōu)點,成為近年來最熱門的研究領(lǐng)域之一。本文從共軛聚合物給體材料出發(fā),制備不同活性層材料的共混器件,研究對活性層材料進行摻雜控制對有機太陽能電池的性能的影響,主要內(nèi)容包括：
　　⑴使用六種不同結(jié)構(gòu)新型共軛聚合物給體材料制備有機太陽能電池器件。通過測量其能帶結(jié)構(gòu)與

2、 UV-Vis光譜,了解材料的光學(xué)性能,使用SEM顯微鏡分析給體與受體的互溶情況。其中一種材料的能帶結(jié)構(gòu)為1.5eV左右,小于其它幾種材料的能帶間隙,并且吸收光譜覆蓋太陽光譜的比例同樣大于其它幾種材料。從器件檢測的數(shù)據(jù)來看,這種結(jié)構(gòu)的材料為給體的器件效率為2.14％,遠高于其它幾種材料為給體的器件效率。分子的HOMO能級與受體匹配較高,能夠得到較高的開路電壓(VOC),活性層形貌良好,給體與受體共混充分,并沒有出現(xiàn)孔洞、裂紋、大范圍的突

3、起等明顯的缺陷,也不存在明顯的結(jié)晶現(xiàn)象。
　　⑵研究對P3HT體系的活性層優(yōu)化控制對器件性能的影響,慢結(jié)晶器件的效率達到3.9%,短路電流為10.1mA/cm2,外量子效率達到60%。而快結(jié)晶器件的效率為2.7%,短路電流為9.5mA/cm2,外量子效率達到45%。兩種條件下的器件開路電壓保持相同水平。慢結(jié)晶器件活性層的表面粗糙度明顯大于快結(jié)晶,與陰極接觸更加充分,并且出現(xiàn) P3HT結(jié)晶現(xiàn)象,使得激子分離界面大大增加。此外,采用強

4、吸電子小分子材料四氫乙烯摻雜P3HT與PCBM為活性層的器件中,進一步改善活性層的電子轉(zhuǎn)移能力,濃度分別為0.1%、1%,另一組摻雜濃度為0.5%,所得器件效率、短路電流、外量子效率隨濃度增加而增加。
　?、鞘褂脙煞N改性后的PCBM受體材料,改性后材料的能級結(jié)構(gòu)與PCBM相同,球體上增加新的元素Br。光學(xué)顯微鏡和SEM形貌圖顯示,這兩種受體材料的溶解性很差,在薄膜表面出現(xiàn)明顯的結(jié)晶現(xiàn)象,從器件測量的結(jié)果來看,即使兩種給體的性能較好

5、,得到的器件效率也非常低,但UV-Vi s光譜顯示改性后的PCBM的光吸收能力大大增強。
　　⑷向活性層中摻雜有機鹽分子,在強電場的作用下促使陰陽離子分離,能夠在活性層的一側(cè)形成離子的聚集,形成偶極層,促使活性層中的電子轉(zhuǎn)移與收集。從能譜表征的角度出發(fā),驗證了本設(shè)想,并且初步應(yīng)用在器件當中,產(chǎn)生一定有益的結(jié)果,但在器件的進一步制備中,由于有機鹽材料選擇不當,導(dǎo)致不與活性層材料互溶,實驗結(jié)果并不理想,但為進一步的極性分子摻雜在電場作