【摘 要】
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随着全球经济发展,能源和环境的危机愈加严重,开发可再生新型能源成为社会发展的必要条件之一。太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源,是世界科学家重点开发的新能源。有机太阳能电池(OSCs)凭借材料来源广泛、制备简单、质量轻、可制备大面积柔性器件等优点,成为太阳能利用的研究热点。目前实验室报道的最新单结OSCs的能量转化效率(PCE)已超过19%,但都是基于小面积制备。OSCs的性能还没达到商业化生产的
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随着全球经济发展,能源和环境的危机愈加严重,开发可再生新型能源成为社会发展的必要条件之一。太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源,是世界科学家重点开发的新能源。有机太阳能电池(OSCs)凭借材料来源广泛、制备简单、质量轻、可制备大面积柔性器件等优点,成为太阳能利用的研究热点。目前实验室报道的最新单结OSCs的能量转化效率(PCE)已超过19%,但都是基于小面积制备。OSCs的性能还没达到商业化生产的要求,因此OSCs的研究工作仍任重道远。优化界面修饰层是提高OSCs效率的方法之一。对于倒置结构OSCs,在阴极与活性层之间引入电子传输层能改善界面缺陷,降低阴极功函数,提高载流子传输等,从而提高器件性能。但现在使用的多数电子传输层制备复杂、成本高,所以需要探索新材料作为电子传输层。本论文主要研究了通过生物分子作为电子传输层提高OSCs性能的相关方法和工作机制,主要内容如下:1.通过使用Zn O/蛋氨酸薄膜作为双电子传输层,制备出结构为ITO/Zn O/蛋氨酸/PM6:BTP-ec9/Mo O3/Ag的OSCs,器件的开路电压(VOC)、短路电流(JSC)、填充因子(FF)和PCE都得到了提高。在Zn O表面引入蛋氨酸之后,电子传输层薄膜的表面平整性和疏水性得到提高,与活性层之间的界面接触和能级匹配得到改善;Zn O/蛋氨酸双电子传输层结构降低了ITO的功函数,改善了与活性层的欧姆接触;同时增强的内建电势促进了载流子的传输和收集,提高了JSC、FF和VOC,从而提高了器件效率。2.成功地将另一种天然生物材料肌氨酸作为电子传输层引入倒置OSCs中。在ITO或ITO/Zn O表面引入肌氨酸可以降低功函数,提高表面能。经肌氨酸修饰后的ITO或ITO/Zn O表面上的活性层具有更优化的形貌和更有序的分子排列。引入肌氨酸作为电子传输层可以促进OSCs内载流子的传输和收集。通过肌氨酸修饰ITO阴极使OSCs的PCE由3.86%提高到13.53%。用肌氨酸修饰ITO/Zn O,使OSCs的PCE由14.85%提高到16.45%。器件性能的改善得益于同时提高的JSC、FF和VOC。这项工作的完成为OSCs界面材料的探索提供了更加广阔的思路。
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