基于PTB7-PC71BM體系的高性能三元有機太陽能電池的研究.pdf

1、三元體系是提高有機太陽能電池性能的一種有效方式，近年來越來越多的科研團隊投入到三元有機太陽能電池的前沿研究中。本論文在經(jīng)典的PTB7:PC71BM二元體系有機太陽能電池中分別摻入小分子材料Rubrene以及共軛聚合物材料PDPPBTT作為第三種組分，研究了摻雜材料對器件性能的影響。
　　首先，研究了摻入小分子材料Rubrene的情況。當(dāng)Rubrene的摻雜比例為1.0 wt％時，所制得的PTB7:Rubrene:PC71BM三元有

2、機太陽能電池性能最優(yōu)，功率轉(zhuǎn)換效率達8.03%，與二元電池6.60%的功率轉(zhuǎn)換效率相比提高了21.7%。導(dǎo)致效率提高的原因，主要是因為Rubrene、PTB7和PC71BM三者之間形成了合適的能級梯度排布，促進了載流子的傳輸，同時利用了Rubrene到PTB7的F?rster能量傳遞，加強了光子的捕獲。此外，Rubrene合適的位置分布改善了活性層的表面形貌。阻抗譜表明Rubrene的摻雜抑制了活性層中的非孿生復(fù)合過程，從而提高了光生載

3、流子的數(shù)量。
　　隨后，研究了摻入共軛聚合物材料PDPPBTT的情況。當(dāng)PDPPBTT的摻雜比例為0.5 wt%時，所制得的PTB7: PDPPBTT:PC71BM三元有機太陽能電池性能最優(yōu)，功率轉(zhuǎn)換效率達7.89%，與二元電池6.49%的功率轉(zhuǎn)換效率相比提高了21.6%。導(dǎo)致效率提高的原因，主要是因為PDPPBTT的摻雜補充了器件近紅外波段的光吸收，PDPPBTT、PTB7和 PC71BM三者之間形成了合適的能級梯度排布，利用了

4、PTB7到PDPPBTT的F?rster能量傳遞，同時平衡了電子和空穴的遷移率。此外， PDPPBTT的加入使PTB7的結(jié)晶增強，優(yōu)化了活性層的表面形貌。并且PDPPBTT作為第三元材料延長了載流子的平均壽命，抑制了活性層中的非孿生復(fù)合過程，保證了載流子的有效傳輸和收集。
　　綜上所述，采用小分子Rubrene或聚合物PDPPBTT作為摻雜PTB7: PC71BM體系的第三元材料可以有效提升有機太陽能電池的性能。本工作為高性能的新