噴涂法制備聚合物太陽能電池器件研究.pdf

1、近年來，有機太陽能電池，尤其是聚合物太陽能電池以其較低的制造成本、材料能級結(jié)構(gòu)可設(shè)計、便于制造大面積器件等優(yōu)點受到了研究人員的廣泛關(guān)注。
　　目前實驗室制備小尺寸器件主要采用滴涂法或旋涂法，部分較大尺寸器件也可以采用刮刀絲網(wǎng)印刷來實現(xiàn)，但這些方法距離大規(guī)模量產(chǎn)所要求的低成本和高效快速還有一定差距。近年來人們開發(fā)出了可以通過高速Rool-to-Roll方式制備聚合物太陽能電池器件的許多新工藝，其中噴霧法以其設(shè)備簡單、材料利用率高、易

2、于制造大面積器件、不受襯底剛?cè)嵯拗啤⒈阌诓捎肦ool-to-Roll方式生產(chǎn)等諸多優(yōu)點，成為了新型聚合物電池制備工藝中的一顆新星。
　　迄今為止，氣壓噴涂法還在初期摸索，研究工作多圍繞具體實例展開，缺乏較為系統(tǒng)的研究和分析。本文針對這一現(xiàn)狀，以目前應(yīng)用較為成熟的聚合物電池材料和結(jié)構(gòu)為樣本，對噴涂法制備聚合物薄膜的物理過程進行了分析，分別建立了霧化、飛行以及沉積過程的物理模型，具體為:
　　霧化過程中，霧化形成的霧滴邊界直徑正

3、比于溶液的表面張力σ溶液和載荷氣體的密度ρ流體，反比于噴涂系統(tǒng)流量系數(shù)μ的平方、溶液密度ρ溶液和噴口壓強差ΔP。對于確定的噴涂硬件系統(tǒng)和確定的載荷氣體（一般使用干燥氮氣），載荷氣體的密度ρ流體、流量系數(shù)μ和壓強差ΔP均為定值，霧化形成的液滴大小正比于σ溶液/ρ溶液的比值。
　　飛行過程中，由于實際噴涂過程中，噴頭附近和較遠的區(qū)域霧滴揮發(fā)呈現(xiàn)非線性，而在之間的區(qū)域內(nèi)，霧滴飛行速度較為平穩(wěn)，形狀較為穩(wěn)定，與周圍的熱傳遞也較弱，此時液滴

4、直徑將呈線性變化。
　　沉積過程中，液滴在到達襯底后回攤開成餅狀，并在此過程中加速干燥形成薄片狀斑痕，斑痕呈現(xiàn)邊緣厚中間薄的特點。大量斑痕層疊堆積形成薄膜，薄膜的表面形貌決定于單個斑痕的大小、平均厚度以及邊緣與中部的高度差。
　　本文進一步采用噴涂法制備了雙層異質(zhì)結(jié)器件、體異質(zhì)結(jié)器件等多種聚合物電池器件，并對其進行了系統(tǒng)的表征和分析，研究發(fā)現(xiàn):
　　噴涂法制備的薄膜表面粗糙度遠大于旋涂薄膜，使得器件的填充因子偏低，但噴

5、涂薄膜粗糙的表面形貌使得光敏層厚度增大，光吸收效率提高，同時導(dǎo)電通道得到改善，光生載流子收集和輸運效率提高，從而使得噴涂器件往往具有較大的電流密度，我們制備的噴涂緩沖層器件和全噴涂體異質(zhì)結(jié)器件的電流密度比同結(jié)構(gòu)的旋涂器件高20％以上。
　　另外噴涂還能夠完成傳統(tǒng)旋涂無法完成的一些應(yīng)用，如多源共噴摻雜成膜。我們通過雙源共噴成功制備了量子點增強P3HT∶PCBM器件，在摻雜過程中有效避免了量子點的團聚并提高了器件的性能。
　　最