水-醇溶性小分子電解質(zhì)電子緩沖層及其有機(jī)太陽(yáng)能電池.pdf

1、太陽(yáng)能作為一種可再生能源在如今資源匱乏的年代備受關(guān)注，相對(duì)于已經(jīng)商業(yè)化但價(jià)格昂貴的無機(jī)硅太陽(yáng)電池，有機(jī)太陽(yáng)能電池作為一類新型的太陽(yáng)能光伏器件，其最大的應(yīng)用前景為其可溶液加工，卷對(duì)卷印刷和打印制備成柔性器件。雖然目前有機(jī)太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率已超過11％。但其離商業(yè)化生產(chǎn)還有一段很長(zhǎng)的路要走。為了進(jìn)一步提高有機(jī)太陽(yáng)能電池器件的性能，除了設(shè)計(jì)和合成新型的高效給/受體材料，優(yōu)化給/受體的相分離形貌外，還需要設(shè)計(jì)出新型的界面材料，合適的界面材

2、料能有效的調(diào)控界面功函，提高電荷傳輸效率，而增加其本身的導(dǎo)電性，能有效提高緩沖層厚度以便于其大面積印刷制備。
　　目前，含共軛主干和極性側(cè)鏈的電解質(zhì)界面材料越來越多的被應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)能電池(PSC)中。主要是因其能在環(huán)境友好型極性溶液中保持良好的溶解性，并能有效的調(diào)控界面功函，提升PSC的器件效率和穩(wěn)定性。然而其具體作用機(jī)制不是太明確。本論文中，我們?cè)赑SC的陰極界面引入多種n-型小分子電解質(zhì)(n-SME)作為電子緩沖層，研究其

3、側(cè)鏈極性基團(tuán)的種類對(duì)器件性能的影響。
　　首先，我們?cè)O(shè)計(jì)合成了三種以吡咯并吡咯烷酮(DPP)為核，側(cè)鏈帶有不同極性基團(tuán)(二乙胺基，二乙醇胺基，季銨鹽)的n-型醇溶性小分子電解質(zhì)，分別命名為DPPN， DPPNOH和DPPNBr，用來修飾ZnO，將其作為電子傳輸層應(yīng)用到有機(jī)太陽(yáng)能電池中。我們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)n-SMEs處理后，ZnO和活性層之間的能級(jí)匹配和界面相容性得到了很好的改善。引入DPPNOH到界面層時(shí)，基于P3HT-體系器件效率有效

4、的提高至4.0%，相對(duì)于純ZnO有38%的效率提高，而DPPN和DPPNBr處理ZnO后的效率分別為3.1%和3.7%，其性能改善差異來源與n-SMEs中不同的側(cè)鏈極性基團(tuán)與ZnO之間存在不同的相互作用力，影響了緩沖層的界面特性和器件性能。值得注意的是，以ZnO/DPPNOH為緩沖層時(shí)，在PTB7-體系的器件效率更是達(dá)到了8.0%。同時(shí)，n-SMEs的引入，有效的提高了器件在空氣中的穩(wěn)定性。
　　其次，在是第一個(gè)工作的基礎(chǔ)上，將D

5、PPN-Br中的Br?抗衡離子分別用更大體積的四氟硼酸根(BF4?)，和四苯基硼酸根(BPh4?)替換，進(jìn)而獲得DPPN-BF4和DPPN-BPh4。意外的是，我們?cè)贒PPN-BF4和DPPN-BPh4中能發(fā)現(xiàn)n-型自摻雜現(xiàn)象，而在DPPN-Br中卻無摻雜現(xiàn)象的存在，同時(shí)DPPN-BPh4相對(duì)于DPPN-BF4的摻雜強(qiáng)度更明顯，說明自摻雜對(duì)CA體積大小有很強(qiáng)的依賴性。究其原因?yàn)楦篌w積的CA增加了其電子親和力(EA)從而更容易還原，同時(shí)