通過界面修飾改善聚合物太陽能電池性能的研究.pdf

1、本文針對聚合物太陽能電池中常用界面修飾層的不足，通過選取更為合適的材料作為界面修飾層以及采用雙層或者疊層結(jié)構(gòu)的界面修飾層，來改善聚合物太陽能電池的性能。
　　傳統(tǒng)的聚合物太陽能電池使用LiF作為陰極界面修飾層。然而，LiF具有電絕緣性，其厚度往往小于2 nm。如此薄的LiF不足以保護(hù)活性層在蒸鍍金屬電極時免受高溫金屬原子的破壞，也不能有效地阻擋氧氣和水分子擴(kuò)散進(jìn)入活性層。因此，需要采用更厚的陰極修飾層來代替LiF。首先，我們將小分

2、子太陽能電池中的陰極修飾層(Alq3、BCP和Bphen)應(yīng)用于聚合物太陽能電池中。通過優(yōu)化這三種小分子材料的厚度，我們發(fā)現(xiàn)Bphen作為陰極修飾層(最佳厚度為12nm)的器件呈現(xiàn)最優(yōu)越的性能，主要?dú)w因于Bphen的高電子遷移率以及寬帶隙。其次，考慮到LiF可以延緩氧分子擴(kuò)散進(jìn)入活性層，我們希望陰極修飾層中包含更多的LiF，同時還不影響修飾層的良好導(dǎo)電性。在引入C60之后，我們發(fā)現(xiàn)5 nm厚的LiF允許被使用。采用C60/LiF(5 n

3、m)作為陰極修飾層的器件呈現(xiàn)最高為3.65％的PCE，預(yù)示著C60/LiF(5nm)薄膜具有高的電導(dǎo)率，來源于C60和LiF間所形成的共混形貌。然而，C60/LiF(8 nm)作為修飾層的器件呈現(xiàn)非常低的PCE。為了繼續(xù)增大LiF的厚度，我們采用交替蒸鍍的方法制備了C60/LiF疊層。使用五個疊層C60/LiF((C60/LiF)5）作為陰極修飾層的器件具有最高為3.58％的PCE，相應(yīng)的FF高達(dá)70.2％，更為重要的是其高的效率幾乎不

4、受C60和LiF厚度比的影響，意味著整個陰極修飾層中可以包含很厚的LiF，這導(dǎo)致了(C60/LiF)5作為陰極修飾層的器件呈現(xiàn)非常優(yōu)越的空氣穩(wěn)定性。
　　PEDOT∶PSS是聚合物太陽能電池中普遍使用的陽極界面修飾層。然而，PEDOT∶PSS水性分散液呈現(xiàn)高酸性(PH～1)，易于腐蝕ITO。于是，我們采用石墨烯氧化物(GO)作為陽極修飾層(或稱為空穴傳輸層，HTL)來代替PEDOT∶PSS。高溫退火下，GO具有高的電導(dǎo)率，這要?dú)w因

5、于GO的含氧官能團(tuán)被更大程度地去除，從而導(dǎo)致π共軛結(jié)構(gòu)得到更好的恢復(fù)。使用高溫(230℃)還原的GO作為HTL的器件呈現(xiàn)最高為2.75％的PCE，這一效率與沒有HTL的對比器件相比，提高了～26％。
　　最后，我們將Ag納米顆粒引入到聚合物太陽能電池中，期望在不增加活性層厚度的前提下，提高其光吸收。然而，我們發(fā)現(xiàn)Ag納米顆粒不僅可以激發(fā)局域表面等離子體共振(LSPR)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的局域電磁場，而且還會誘導(dǎo)激子猝滅，導(dǎo)致器件并聯(lián)電阻(

6、Rsh)的降低。為了減小激子猝滅的幾率，同時盡可能地發(fā)揮Ag納米顆粒的LSPR效應(yīng)，我們將Ag納米立方體(Ag NCs)摻入PEDOT∶PSS HTL中，并且控制PEDOT∶Ag復(fù)合薄膜的厚度，使其近似等于Ag NCs的平均尺寸。使用PEDOT∶Ag作為HTL的器件與純PEDOT∶PSS作為HTL的器件相比具有更高的Jsc和PCE，主要?dú)w功于Ag NCs激發(fā)LSPR所引起的活性層吸收增強(qiáng)。此外，我們將Ag納米片(Ag NPs)引入到P3