基于Ag纳米颗粒与二茂铁衍生物修饰增强聚合物太阳电池性能研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaolch004
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聚合物太阳能电池(PSCs)和钙钛矿太阳能电池(PvSCs)因制备简单、成本低和可柔性等特点,受到人们的广泛关注。虽然PSCs和PvSCs电池能量转换效率(PCE)和稳定性等性能都得到很大发展,但要实现产业应用还需进一步提高。采用表面等离体共振效应(SPR)有助于提高活性层光吸收,对提高电池特别是PSCs效率是一种有效策略。本论文将Ag纳米颗粒分别掺到聚合物和钙钛矿电池的电子传输层,电池效率明显增强。针对贵金属纳米颗粒修饰PSCs导致稳定性恶化难题,采用二茂铁衍生物(二茂铁二甲酸FDA)修饰Ag纳米颗粒,明显提高了聚合物电池湿度和紫外稳定性。主要研究内容如下:(1)利用Ag纳米颗粒局域表面等离子体共振(LSPR)效应,将纳米Ag胶体和AZO前驱液混合,旋涂获得掺银纳米颗粒的AZO(AZO:Ag)电子传输层,研制出二元系PTB7-Th:PC71BM聚合物太阳电池,其电池光吸收和载流子传输能力显著增强,最佳效率达到10.2%,高于纯AZO层PSCs电池9.08%的效率。不过,LSPR基PSCs电池因Ag原子易扩散,加速恶化活性层以及AZO/活性层的界面特性,显著降低PSCs电池稳定性。采用FDA修饰AZO:Ag电子传输层,通过FDA与Ag原子相互耦合作用,抑制银原子扩散,明显提高电池湿度和紫外稳定性。基于FDA修饰AZO:Ag电子传输层的PSCs电池,在紫外光照13 h或相对湿度(RH 10%)空气中放置9个月,分别保持初始效率值的50%和53%,而AZO:Ag电子传输层PSCs电池只保持初始效率值的31%和35%,故PSCs电池抗紫外和空气稳定性明显提升。(2)SnO2具有能带隙宽(3.6 eV)和比经典TiO2电子传输层有更高电子迁移率等特点,是一类良好的电子传输材料。利用乙二醇甲醚和乙醇胺作为混合溶剂制备出SnO2前驱液,采用低温溶液法工艺,制得SnO2电子传输层,研制出钙钛矿电池,获得13.6%效率,高于TiO2为电子传输层的电池效率(12.5%)。同时,利用LSPR共振效应,将Ag纳米颗粒掺入SnO2(SnO2:Ag)获得复合电子传输层,钙钛矿电池光吸收和载流子传输能力得到改善,使电池效率提升至15.2%。
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