雙主體三元有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池性能的研究.pdf

1、聚合物太陽(yáng)能電池由于具有質(zhì)量輕，成本低，制備工藝簡(jiǎn)單，可卷曲等特點(diǎn)而被認(rèn)為是最具潛力的新能源技術(shù)。提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率始終是光伏器件研究與開發(fā)中不變的主體。有機(jī)太陽(yáng)能電池的工作過程可以分為:光吸收并產(chǎn)生激子，激子的擴(kuò)散及解離，載流子的傳輸，自由電荷的收集。三元有機(jī)太陽(yáng)能電池作為有機(jī)太陽(yáng)能電池中的一種新結(jié)構(gòu)，通過將第三種物質(zhì)摻入活性層中，拓寬了活性層的吸收范圍，從而使有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率得到了提高。本文采用了不同的聚合物材料，

2、制備了“兩給體一受體”結(jié)構(gòu)的三元聚合物太陽(yáng)能電池，并就第三種物質(zhì)對(duì)太陽(yáng)能電池的影響進(jìn)行了研究。
　　首先，選擇聚合物P3HT: PCBM為主，將窄帶隙聚合物PTB7-Th摻入其中，制備了一系列三元聚合物太陽(yáng)能電池，通過改變PTB7-Th的摻雜濃度來研究PTB7-Th對(duì)光伏器件性能的影響?；A(chǔ)器件P3HT:PCBM的光電轉(zhuǎn)換效率為2.71％。在PTB7-Th的摻雜濃度為15wt％時(shí)，聚合物太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大值3.71％

3、。在三元器件中，隨著PTB7-Th濃度的增大，有機(jī)活性層在650nm-800nm的吸收密度逐漸增大，活性層吸收能力的增強(qiáng)促進(jìn)了短路電流的增加。P3HT，PTB7-Th混合薄膜的PL光譜表明，雖然P3HT薄膜和PTB7-Th薄膜的吸收光譜具有很大的重疊部分，但兩者之間是以電荷轉(zhuǎn)移而非能量傳遞的方式相互作用。有機(jī)聚合物之間的電荷轉(zhuǎn)移類似于給受體之間的激子解離。在沒有受體PCBM的太陽(yáng)能電池器件中，P3HT:PTB7-Th(1:1)器件的短路

4、電流高于P3HT器件的短路電流。當(dāng)P3HT的濃度不變，將PTB7-Th濃度減小，即P3HT:PTB7-Th1:0.5時(shí)，有機(jī)太陽(yáng)能電池的短路電流進(jìn)一步增大。增大的短路電流再次證明了P3HT和PTB7-Th之間是以電荷轉(zhuǎn)移的形式相互作用。在二元電池P3HT:PCBM中，光生激子只能在P3HT/PCBM界面處進(jìn)行解離。加入PTB7-Th的三元太陽(yáng)能電池中，由于P3HT與PTB7-Th以電荷轉(zhuǎn)移的形式相互作用，激子解離可以發(fā)生在P3HT/PT

5、B7-Th，P3HT/PCBM，PTB7-Th/PCBM三個(gè)界面處。激子解離的增加促進(jìn)了FF的提高。
　　第二，不改變受體材料PCBM，將給體材料換成PTB7與PCDTBT，并以PTB7為主，在無(wú)添加劑的情況下制備了雙給體結(jié)構(gòu)的三元聚合物太陽(yáng)能電池并研究了PCDTBT對(duì)太陽(yáng)能電池性能的影響。PTB7的吸收集中在長(zhǎng)波長(zhǎng)段，PCDTBT的吸收集中在短波長(zhǎng)段。通過調(diào)節(jié)PTB7和PCDTBT的比例可以優(yōu)化有機(jī)太陽(yáng)能電池在整個(gè)太陽(yáng)光譜中的吸

6、收。當(dāng)PCDTBT的濃度為10wt％時(shí)，聚合物太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率由5.23％提高到了6.73％。PTB7:PCBM器件中電子和空穴遷移率的比值為5.55，PCDTBT:PCBM中為6.23。PCDTBT的摻雜濃度為10wt％時(shí)，電子和空穴的遷移率比為2.02。這一結(jié)果表明，將PCDTBT摻入PTB7:PCBM對(duì)器件的電荷傳輸起到了調(diào)控作用，使兩者的遷移率趨于平衡。電子和空穴的遷移率越接近，越有助于減少電荷傳輸過程的復(fù)合。AFM測(cè)試