富勒烯銨鹽陰極界面修飾層材料的研究.pdf

1、近年來(lái)，聚合物太陽(yáng)能電池(PSCs)因制造流程簡(jiǎn)單、可折疊、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，吸引了越來(lái)越多的關(guān)注。為了提高器件的能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)，學(xué)者們的研究重點(diǎn)主要集中在四個(gè)方面:(1)進(jìn)一步探明光電轉(zhuǎn)化機(jī)理;(2)開(kāi)發(fā)新型可溶液加工，能級(jí)匹配的給體和受體材料;(3)開(kāi)發(fā)新的制造工藝使活性層微觀結(jié)構(gòu)達(dá)到本體異質(zhì)結(jié)的理想狀態(tài);(4)開(kāi)發(fā)新型器件結(jié)構(gòu)（如反向結(jié)構(gòu)、疊層結(jié)構(gòu)等）和新型界面修飾層材料。其中，開(kāi)發(fā)新型陰極界面修飾層材料是聚合物太陽(yáng)能電池研究

2、的熱點(diǎn)之一。本論文在先前研究工作的基礎(chǔ)上合成了三種富勒烯銨鹽，并對(duì)其進(jìn)行性能表征、器件研究和材料化學(xué)方面的研究，主要內(nèi)容如下:
　　1.制備了三種富勒烯銨鹽:碘化-[6，6]-苯基-碳61-丁酸-3-（三甲基銨基）-1-丙酯（PCBANI）、二碘化-[6，6]-苯基-碳61-丁酸-2-（二甲基（2-（三甲基銨基）乙基）銨基）乙酯(PCBDANI)和溴化-[6，6]-苯基-碳61-丁酸-2-（甲基（2-（二甲基乙基銨基）乙基）胺基）

3、乙酯(PCBDANBr)。這三種材料可溶于醇，難溶于非極性溶劑，在空氣中穩(wěn)定且電導(dǎo)率高（分別高達(dá)1.50×10-2、1.98×10-2和1.05×10-2Scm-1）。電子自旋共振(ESR)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這三種富勒烯銨鹽具有自由基信號(hào)，這說(shuō)明富勒烯銨鹽發(fā)生了n-型自摻雜。另外，這三種材料都可以有效降低ITO的功函數(shù)。我們結(jié)合測(cè)量薄膜厚度和紫外-可見(jiàn)吸收光譜，驗(yàn)證了此類富勒烯銨鹽具備較好的耐受二氯苯的能力，其中PCBDANI最優(yōu)。高電導(dǎo)率使得

4、這三種材料也具備厚度不敏感性，當(dāng)作為陰極界面修飾層的PCBDANI膜厚度達(dá)82 nm時(shí)，反向器件（結(jié)構(gòu)為:ITO/PCBDANI/P3HT∶PCBM/MoO3/Ag）的PCE仍能達(dá)到3.43％（最大值為3.83％）。
　　2.為了探究n-型自摻雜的機(jī)理，我們使用電化學(xué)方法對(duì)富勒烯銨鹽薄膜和溶液進(jìn)行電解，并用AgNO3水溶液檢測(cè)出電解液中存在鹵素離子。此外，在電解富勒烯銨鹽的DMSO溶液的同時(shí)測(cè)量溶液的紫外-可見(jiàn)-近紅外吸收光譜，我

5、們發(fā)現(xiàn)在1026 nm處出現(xiàn)富勒烯陰離子自由基的吸收峰，該吸收峰隨著電解時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)。ESR實(shí)驗(yàn)證實(shí)富勒烯銨鹽固體和溶液都具有ESR信號(hào)，這說(shuō)明此類材料發(fā)生了分子內(nèi)的n-型自摻雜。據(jù)此，我們提出該類材料的n-型自摻雜機(jī)理，并闡明分子內(nèi)鹵素陰離子與富勒烯核共享其負(fù)電荷，使得鹵素的存在形式介于傳統(tǒng)的陰離子和中性自由基之間。在此基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步提出導(dǎo)電模型解釋含鹵素的富勒烯銨鹽具有高電導(dǎo)率的原因。其中，鹵素原子起到連接富勒烯核的橋梁的作