有機(jī)太陽(yáng)能電池給受體界面和電極界面性質(zhì)的研究.pdf

1、本文設(shè)計(jì)合成了一系列給體小分子材料,含氟碳鏈富勒烯受體材料和不同氧化程度的氧化石墨烯等材料,細(xì)致的研究給體受體材料界面、電極與活性層之間的界面對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池器件效率的影響,主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　1.我們?cè)O(shè)計(jì)合成了以吡咯環(huán)二酮為受體單元,以不同共軛性基團(tuán)為給體單元的給體-受體-給體(A-D-A)型小分子給體材料:T(TDPPT)2、TT(TDPPT)2和BDT(TDPPT)2。理論計(jì)算表明,三種小分子具有不同的共平面性,同時(shí)也

2、表現(xiàn)出了不同的結(jié)晶性。具有結(jié)晶性的小分子材料分別與PC71BM、一定比例的DIO共混,以此混合溶液旋涂制備的活性層均形成了具有納米線結(jié)構(gòu)的小分子聚集體,并且不同結(jié)晶性的小分子給體材料還能夠有效調(diào)節(jié)納米線的尺度(4 nm、10–15 nm和15–20 nm)。通過(guò)空間電荷限制電流的方法對(duì)上述活性層空穴遷移率和電子遷移率進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn),基于10-15 nm長(zhǎng)度納米線的活性層具有更加平衡的空穴和電子遷移率,從而有利于提高器件填充因子和光伏性能。

3、通過(guò)調(diào)節(jié)給體小分子材料的化學(xué)空間結(jié)構(gòu)來(lái)得到合適結(jié)晶尺度的小分子給體材料,并通過(guò)添加劑 DIO的優(yōu)化,我們可以得到不同尺度納米線活性層形貌,而合適的納米線尺度有利于器件短路電流和填充因子的提高,從而使得器件性能得到很大的提升。
　　2.我們?cè)O(shè)計(jì)合成了含長(zhǎng)氟碳鏈的富勒烯衍生物13F-PC61BM,發(fā)現(xiàn)在溶液旋涂過(guò)程中13F-PC61BM能夠誘導(dǎo) P3HT結(jié)晶,在無(wú)需任何后處理的情況下P3HT:13F-PC61BM共混膜能形成長(zhǎng)程有序,

4、具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形貌,顯著提高了電荷傳輸能力,改善了有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。與P3HT:PC61BM體系相比,在未退火條件下,P3HT:13F-PC61BM得到了較高的器件效率。但是由于含氟鏈具有較大的剛性,會(huì)在一定程度上阻礙P3HT鏈的運(yùn)動(dòng),因此與之前本課題組報(bào)道的PCBB-C8受體材料相比,器件未表現(xiàn)出更加優(yōu)良的性能,并且材料P3HT:13F-PC61BM共混膜在未經(jīng)熱退火處理時(shí)還未達(dá)到最佳的活性層形貌,經(jīng)熱退火進(jìn)一步

5、處理的P3HT:13F-PC61BM器件效率也得到了進(jìn)一步提高。
　　3.研究了不同氧化程度的pr-GOs作為空穴傳輸材料對(duì)P3HT:PC61BM體系的影響,通過(guò)在控制氧化過(guò)程中的參數(shù),如預(yù)氧化與否,氧化劑含量,氧化時(shí)間等得到一系列不同氧化程度的氧化石墨,并將得到的氧化石墨作為空穴傳輸層材料應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池中。我們證明通過(guò)不完全氧化的方法可以得到不同程度的氧化石墨界面偶極,從而實(shí)現(xiàn)界面材料功函數(shù)的調(diào)節(jié),而器件界面材料的功函數(shù)對(duì)