有機(jī)小分子陰極緩沖層提高聚合物太陽(yáng)能電池的性能.pdf

1、聚合物太陽(yáng)能電池因其成本低、重量輕、可生產(chǎn)柔性器件和制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而成為新型可再生能源研究的熱點(diǎn)。如何提高聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)一直是聚合物太陽(yáng)能電池的研究重點(diǎn)，目前可行的方法主要包括新型給體/受體材料的開發(fā)、光伏活性層微觀形貌的調(diào)控、電池器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化、引入緩沖層進(jìn)行界面修飾、電極材料的優(yōu)化與改進(jìn)等。本論文主要集中于利用新型有機(jī)小分子陰極緩沖層提高聚合物太陽(yáng)能電池的性能研究，開展了以下兩方面的工作:
　　(

2、1)首次將含氨基(-NH2)的三種有機(jī)小分子，縮二脲(Biuret，C2H5N3O2)、二氰二胺(Dicyandiamide，C2H4N4)和尿素(Urea，CH4N2O)，用作陰極緩沖層，顯著地提高了P3HT∶PCBM聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。我們通過(guò)旋涂的方法將含氨基的有機(jī)小分子直接嵌入到P3HT∶PCBM聚合物太陽(yáng)能電池的光伏活性層和陰極（Al）之間，形成陰極緩沖層。在優(yōu)化的溶液濃度(1.0mg/mL)和旋涂速度（3000

3、rpm）條件下，引入了縮二脲、二氰二胺和尿素的P3HT∶PCBM聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率分別為3.84％，4.25％和4.39％，相對(duì)于未引入任何陰極緩沖層的參比電池分別提高了15％、27％和31％。分析表明能量轉(zhuǎn)換效率的提高主要?dú)w因于短路電流(Jsc)和填充因子(FF)的提高，其中短路電流的提高幅度分別為13％、11％和15％，而填充因子的提高幅度分別為2％、11％和12％。引入含氨基的有機(jī)小分子陰極緩沖層對(duì)于短路電流和填充因子

4、的提高的機(jī)理主要是因?yàn)樵诠夥钚詫雍完帢O(Al)之間形成了正電荷端指向鋁電極而負(fù)電荷端指向活性層的界面偶極層，降低了Al電極和PCBM之間的能壘，使得電子更容易被陰極抽取和收集。進(jìn)一步地，我們提出三種不同的含氨基有機(jī)小分子作為陰極緩沖層的效果差異是由于分子結(jié)構(gòu)中所含的氨基數(shù)目的不同以及分子自身偶極的差異造成了界面偶極大小的差異，對(duì)功函數(shù)的修飾效果不同，從而對(duì)聚合物太陽(yáng)能電池的提高幅度不同。
　　(2)將檸檬酸三乙酯（triethy

5、l citrate，C12H20O7）作為陰極緩沖層分別引入到P3HT∶PCBM和PCDTBT∶PC70BM體系聚合物太陽(yáng)能電池中，有效地提高了電池的能量轉(zhuǎn)換效率。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在優(yōu)化的旋涂條件（溶液濃度為1.0 mg/mL，旋涂速度為3000 rpm）下，將檸檬酸三乙酯嵌入到聚合物太陽(yáng)能電池的光伏活性層和陰極（Al）之間形成陰極緩沖層，P3HT∶PCBM和PCDTBT∶PC70BM體系的電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率分別提高了25％和11