原位制備無機納米-共軛聚合物薄膜及光伏性能的研究.pdf

1、近二十年來，有機太陽能電池由于原料來源廣泛，成本相對較低、制備工藝簡單、結(jié)構(gòu)易修飾、能被大面積制備等優(yōu)點，得到廣泛關(guān)注。但它也存在激子束縛能大、載流子遷移率低、電池穩(wěn)定性差等急需解決的問題。為了解決以上問題，無機/有機復(fù)合太陽能電池應(yīng)運而生。無機/有機復(fù)合太陽能電池是使用無機納米半導(dǎo)體材料代替了有機太陽能電池中的富勒烯電子受體，主要是利用無機納米半導(dǎo)體材料較高的介電常數(shù)，較好的電子親和性及穩(wěn)定性等優(yōu)點。但直接利用無機納米材料制備無機/有

2、機復(fù)合太陽能電池時會發(fā)成團聚現(xiàn)象，需加入表面活性劑吸附于納米材料表面來調(diào)控納米材料的形貌與性質(zhì)等，并且需要加入共溶劑將制備好的有機給體材料和無機受體材料進行混合。但表面活性劑會阻礙有機給體材料與無機納米受體材料之間電荷的傳輸，而共溶劑的使用會影響有機給體聚合物鏈的趨向性和無機納米半導(dǎo)體的溶解性，從而影響電池的效率。原位法制備無機/有機復(fù)合太陽能電池的光活性層，相當(dāng)于在有機聚合物的體系中原位生成無機受體材料，很好地實現(xiàn)了聚合物和無機半導(dǎo)體

3、的有效結(jié)合，排除了直接制備無機/有機復(fù)合太陽能電池中表面活性劑和共溶劑的影響。
　　本文主要圍繞著原位制備無機納米/共軛聚合物薄膜及光伏性能進行研究。在闡述了無機/有機聚合物太陽能電池的優(yōu)勢和研究背景的基礎(chǔ)上，制備了無機/有機復(fù)合太陽能電池，分析了器件的主要性能及參數(shù)。
　　首先，合成了納米CdS受體材料的前驅(qū)體材料:黃原酸鎘配合物。對材料的形貌、結(jié)構(gòu)、光學(xué)特性及物理化學(xué)性質(zhì)做了測試研究，并與經(jīng)典的有機給體材料聚3-己基噻吩

4、(P3HT)及實驗室現(xiàn)有的光電性能優(yōu)良的給體材料[5，10-雙（4，5-二癸基噻吩-2-基）二噻并[2，3-d:2'，3'-d']苯并[1，2-b:4，5-b']二噻吩]-2，6-二基-alt-2，1，3-苯并噻二唑-5，5'-二基](PDTBDT-BT)和[5，10-雙（4，5-二癸基噻吩-2-基）二噻并[2，3-d:2'，3'-d']苯并[1，2-b:4，5-b']二噻吩]-2，6-二基-alt-5，6-二氟-2，1，3-苯并噻二唑

5、-5，5'-二基](PDTBDT-FBT)聚合物復(fù)合原位生成光活性層，制備無機/有機復(fù)合太陽能電池，并對器件性能和影響其性能的關(guān)鍵因素做了研究。優(yōu)化了制備條件，得到了光電轉(zhuǎn)化效率為0.82％結(jié)構(gòu)為ITO/PFN/P3HT:CdS/MoO3/Ag的太陽能電池器件。
　　其次，CdS的吸收帶邊位于516nm，大部分可見光可以透過其薄膜，有利于降低光損耗;并且CdS具有較高的電子遷移率(265 cm2/sv)能減少電荷復(fù)合;還有CdS（

6、導(dǎo)帶和價帶）的能級分別在～4.0eV和～6.4eV附近，與ITO陰極和聚合物活性層之間能級非常匹配，這使得其能很好的進行電子的收集和空穴的阻擋;另外，熱分解黃原酸鎘的配合物制備CdS薄膜的方法相對于化學(xué)氣相沉積(CVD)與原子層沉積(ALD)制備CdS傳輸層，成本低廉、簡單易得?；谝陨显?，我們使用熱分解黃原酸鎘配合物的方法制備了厚度可調(diào)的的CdS薄膜，并將其應(yīng)用于倒置有機太陽能電池(ITO/CdS/P3HT:PC61BM/MoO3/