【摘 要】
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有机太阳能电池（Organic Solar Cell,OSC）以其柔性好,质量轻和半透明等诸多优势在现代社会中引起了人们的关注。目前,OSC光电转换效率（Power Conversion Efficiency,PCE）已经突破20%,但OSC内部电荷传输与收集仍需深入研究。本文设计并制备出基于不同“π”桥的低成本高效率非稠环电子受体,分别研究了它们和与给体共混后体相异质结（Bulk Heteroj
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有机太阳能电池（Organic Solar Cell,OSC）以其柔性好,质量轻和半透明等诸多优势在现代社会中引起了人们的关注。目前,OSC光电转换效率（Power Conversion Efficiency,PCE）已经突破20%,但OSC内部电荷传输与收集仍需深入研究。本文设计并制备出基于不同“π”桥的低成本高效率非稠环电子受体,分别研究了它们和与给体共混后体相异质结（Bulk Heterojunction,BHJ）的电荷分离与收集性质,又通过设计新型阴极界面层来提高载流子迁移率进而提高OSC的PCE。所得结果如下:1.基于拥有大空间位阻的核心给电子单元和不同的“π”桥连接单元,合成了两种非稠环电子受体M01和M05。UV-vis吸收测试表明M01与M05均有良好的光吸收性能,但是M01薄膜荧光强度远大于M05的。它们各自与给体聚（[2,6’-4,8-双-（（2-乙基己基）-噻吩-5-基）苯并[1,2-b;3,3-b]二噻吩]-alt-[1,3-双-（噻吩-5基）-5,7-双-（2-乙基己基）苯并[1,2-c:4,5-c’]二噻吩-4,8-二酮]）（PBDB-T）组成的BHJ在超快瞬态吸收光谱上表现出巨大的差异。随着给体的基态漂白（ground state bleaching,GSB）信号增强,受体的GSB信号呈现衰减趋势,在PBDB-T:M05 BHJ体系中观察到更快的受体GSB信号衰减速度,表明PBDB-T:M01界面处存在更有效的空穴转移。此外,对750 nm的GSB信号拟合结果证明了PBDB-T:M01界面处的激子解离时间和自由激子复合时间比PBDB-T:M05的长,有利于PBDBT:M01的电荷分离和电荷收集。所以,PBDBT:M01有利于制备高效率的体相异质结器件。最后,基于PBDBT:M01 BHJ实现了13.7%的PCE,这接近基于非稠环受体OSC的最高PCE值。2.使用可自组装的（2-（9H-咔唑-9-基）乙基）膦酸（2PACz）单分子层来修饰倒置OSC器件中的阴极界面层,不仅PCE有明显改善,而且空气稳定性也得到极大提高。紫外光电子能谱测试表明2PACz改性后的阴极功函数得到降低,从改性前的4.06 eV降低到3.5 eV。此外,修饰层的引入降低了界面表面能并减少了界面缺陷,进而减少了电荷在界面处的复合。基于给体PBDB-T和受体3,9-双（2-亚甲基-（（3-（1,1-二氰基亚甲基）-6/7-甲基）-茚满酮））-5,5,11,11-四（4-己基苯基）-二噻吩[2,3-d:2’,3’-d’]-s-茚三烯[1,2-b:5,6-b’]二噻吩（IT-M）OSC的PCE从阴极改性前的10.39%提高到改性后的11.71%,并且其在空气中的稳定性得到极大提高,在空气中555 h后仍保持其初始PCE的88%,而未改性同样结构器件在150 h后PCE衰减为60%。本文为提高非富勒烯OSC中电荷分离与收集提供了有效策略。
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