有机太阳能电池由于成本低廉,功能材料来源广泛,质量轻,便于携带,耗能少,易制备成大面积柔性器件等优点,被认为是新一代光伏器件的代表之一。目前低的转换效率和不稳定的性能阻止了有机太阳能电池的产业化和实用化。大量研究表明,界面和界面过程往往是影响有机太阳能电池性能和稳定性的重要因素。这一方面的工作研究还亟待进一步加深和完善。为了进一步的提高有机太阳能电池的转换效率,界面修饰和界面过程相关的工作成为研究的热点。怎样通过界面优化和设计来提高有机太阳能电池的转换效率,怎样进一步的清楚和完善界面过程来提高有机太阳能电池的转换效率等问题受到广大研究者的关注。本文主要从有机太阳能电池的给体／受体界面优化,阻挡层引入活性层,缓冲层的优化以及修饰层的设计等四个方面出发,讨论了界面优化和设计对有机太阳能电池界面过程和性能的影响。本文分为以下5个部分：1.给体／受体界面优化促进有机太阳能电池中激子拆分聚合物在溶液中是比较容易发生团聚,团聚后的溶液制备的薄膜分散不匀称,这样的薄膜制备的太阳能电池是不利于激子的拆分和电荷的收集。我们以P3HT作为给体材料,PCBM作为受体材料,用毛细管上升的高度来描述给体／受体溶液的团聚程度,以不同的上升高度下的给体／受体溶液制备有机太阳能电池。最终优化出一个合适的团聚程度的溶液,其毛细管的上升高度为3.2 cm,制备的电池在不需要热处理获到高达2.35%的转换效率,电池的开路电压是0.52 V,短路电流是8.35 mA/cm2,填充因子是54%。通过紫外可见光度计(UV-Vis)对不同毛细管上升高度下溶液制备的薄膜进行表征,可以得出团聚的溶液制备的薄膜的吸收谱发生了红移,而且在608nm处还有明显的尖峰出现,说明团聚溶液有利于P3HT的结晶。分散的溶液制备的薄膜XRD峰值所在衍射角度向小角移动,利用布拉格方程分析表明P3HT界面问距增加了,其主要的原因归因于PCBM扩散到P3HT里面,这样的扩散过程导致给体和受体的接触面积大大的增加,提供了更多的激子拆分界面,促进激子的有效拆分,进而提高电池的转换效率。2.阻挡层介入活性层提高有机太阳能电池的性能NPB作为阻挡层介入到n-n型的有机太阳能电池活性层F16ZnPc/C60中。一方面NPB有效的阻止了C60中电子的回流复合丢失,另一方面提供了一个C60激子的拆分界面,增加了C60中激子拆分的空穴和F16ZnPc中的激子的相互作用,提高了电池的光电流和开路电压,最终提高了电池的性能。EQE的测量和I-V测量表明NPB阻挡层有效阻止了电子的回流复合损失。研究表明,NPB阻挡层厚度在2.5nm内时,F16ZnPc/C60界面上激子的复合比较显著,电流的贡献主要来自界面激子的相互作用。超过2.5nm后界面上空穴和激子的相互作用更显著,此时电流的贡献主要来自空穴和激子的相互作用。有偏光和没有偏光的EQE对比分析说明,随着NPB厚度的增加,空穴和激子的相互作用越来越强,对电流的贡献也越来越多。瞬态光电流测量更进一步表明空穴和激子的相互作用存在于引入NPB阻挡层的电池中。3.界面缓冲层优化促进有机太阳能电池电荷的收集通过对PEIE厚度进行系统的优化,不同厚度的PEIE用来修饰ITO,把修饰过的ITO用于两种聚合物有机太阳能电池中,分别是P3HT:PCBM和PTB7:PC71BM聚合物太阳能电池,优化出最好的有机太阳能电池的转换效率分别为4.18%和7.40%。得出一个最优的PEIE厚度大约为5nm。最优的PEIE厚度提供了强的极化场保证最有效的电荷收集的同时还保持了电荷的隧穿平衡能力。量子效率EQE数据和I-V数据对比分析说明,太厚的PEIE可以促进了电荷的收集,但不利于电荷的隧穿。AFM表征证实了低于5nm厚度的PEIE制备的电池获得低的转换效率主要原因可能是太薄的PEIE对ITO的覆盖不完全。对不同厚度的PEIE进行表面接触角的表征,同时表征了在不同的PEIE厚度上制备的活性层的厚度,实验结果表明随着厚度增加接触角逐渐降低,但是活性层的厚度并不随PEIE厚度的改变而改变。UV-Vis测量和活性层厚度表征说明不同厚度的PEIE具有相似透射率和相近的厚度,这样的结果排除了PEIE厚度对光透射和活性层厚度的影响。4.双层界面修饰层对有机太阳能电池界面复合的有效抑制PEIE覆盖ZnO纳米颗粒作为双层的界面修饰层用在有机太阳能电池P3HT:PCBM体系中,制备出高达3.8%的转换效率而不需要对活性层进行热处理,电池的开路电压是0.59 V,短路电流是10.73 mA/cm2,填充因子是60%。这些性能参数都要高于仅仅用单层的ZnO或者PEIE制备的电池性能参数。瞬态光电压TPV和瞬态光电流TPC测量分析表明PEIE覆盖在.ZnO上作为双层的界面层减小了界面复合损失,提高了电荷在界面的传输。电化学阻抗EIS的数据进一步的说明PEIE覆盖在ZnO上作为双层的界面层降低了界面接触电阻,加快电荷的传输和减小电荷在界面上复合损失。AFM图表明PEIE均匀的覆盖在ZnO纳米颗粒上,方面提高了活性层和修饰层这之间接触面积,另一方面PEIE占据ZnO上吸附氧的位置,减小了氧吸附导致的缺陷,进而提高了电荷在界面的传输和减小复合。5.结论和展望本章对以上工作进行总结,阐述了研究工作还存在的不足之处,提出将来开展的工作。