【摘 要】
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有机太阳能电池（Organic solar cells,OSCs）是极具潜力的下一代新能源电池技术,具有成本低廉、可溶液加工、可实现半透明或柔性器件等多功能化应用的独特优势,在众多新能源光电转换设备中脱颖而出。活性层作为光电转换的主要场所,在器件工作过程中起着至关重要的作用。活性层的微观形貌严重影响器件的能量转换效率（Power conversion efficiency,PCE）。理想的活性层形
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有机太阳能电池（Organic solar cells,OSCs）是极具潜力的下一代新能源电池技术,具有成本低廉、可溶液加工、可实现半透明或柔性器件等多功能化应用的独特优势,在众多新能源光电转换设备中脱颖而出。活性层作为光电转换的主要场所,在器件工作过程中起着至关重要的作用。活性层的微观形貌严重影响器件的能量转换效率（Power conversion efficiency,PCE）。理想的活性层形貌能够促进激子解离、载流子传输和收集过程,进而获得更高的PCE值。在本论文工作中,分别采用三元策略和溶剂工程手段对活性层形貌进行调控,从而抑制电荷复合,降低能量损失,提升器件性能;并系统性地研究了活性层形貌对器件光伏性能的影响。主要研究成果如下:（1）基于PM6:BTP-eC9二元体系,引入一种与原受体相容性好的非富勒烯受体MOIT-M作为第三组分。结果表明,MOIT-M与原给受体吸收互补,且构成级联型能级排列,有利于提高对太阳光谱的利用,促进激子解离和电荷传输。同时,由于两受体的良好相容性,MOIT-M加入后倾向于与BTP-eC9共混,这种类合金的双受体共混相改善了给受体相分离形貌,获得高且平衡的迁移率,减少电荷复合损失。值得注意的是,MOIT-M的加入抑制了非辐射复合,从而降低了非辐射能量损失（ΔEnr）。优化后的三元器件PCE由二元器件的17.4%提升至18.5%,其中Voc=0.87 V,Jsc=27.4 mA/cm2,FF=77.3%。同时,三元器件的非辐射能量损失减少了 0.3 eV,实现了 0.21 eV的低ΔEnr。本章工作为开发高效低能损有机太阳能电池提供了参考。（2）受限于溶解性以及较差的形貌,目前使用环境友好型溶剂加工的OSCs效率还相对较低。基于PM7-TTz50:BTP-BO-4F体系,探究了调控加工溶剂对活性层形貌的影响。分别使用含卤溶剂氯仿和环境友好型溶剂甲苯制备器件,溶剂的溶解性和沸点影响材料的混溶性以及成膜过程,结果表明,由于甲苯溶剂有着相对较高的沸点和较低的溶解性,溶液中材料的预聚集特性增强,同时挥发过程中提供了更多的时间使湿膜发生进一步聚集。甲苯处理的共混膜表现出更高的结晶性和更有序的堆积,获得了更为明显的相分离结构和较大的相尺寸,优化的形貌有利于电荷分离和传输过程,减少电荷复合。最终,使用甲苯加工的器件获得了 18.0%的效率,其中Voc=0.87V,Jsc=26.9 mA/cm2,FF=76.7%,与氯仿加工的15.8%相比效率提高了约13%,这是目前使用环境友好型溶剂加工的最高效率之一。
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