【摘 要】
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能源问题一直以来都是全世界关注的焦点问题,世界的经济发展和社会发展离不开能源,太阳能电池可以将绿色清洁的太阳能转变为电能,是一种能够有效缓解能源危机的先进技术。与传统无机太阳电池相比,有机太阳能电池具有成本低、可溶液加工、质量轻、柔性以及大面积印刷等优点,凭借这些优点OSCs近年来也成为了全世界的研究热点。经过OSCs的不断发展,其光电转换效率也从最初的不到1%提高到了18.22%,已经达到了商业
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能源问题一直以来都是全世界关注的焦点问题,世界的经济发展和社会发展离不开能源,太阳能电池可以将绿色清洁的太阳能转变为电能,是一种能够有效缓解能源危机的先进技术。与传统无机太阳电池相比,有机太阳能电池具有成本低、可溶液加工、质量轻、柔性以及大面积印刷等优点,凭借这些优点OSCs近年来也成为了全世界的研究热点。经过OSCs的不断发展,其光电转换效率也从最初的不到1%提高到了18.22%,已经达到了商业应用水平。为了推动有机太阳电池的大规模商业应用,除了继续提高光电转换效率之外,还必须显著提高器件稳定性,器件稳定性直接影响电池的使用寿命。本论文主要内容是通过改善空穴传输层和活性层的性能,从而达到提高OSCs光伏性能以及稳定性的目的。首先,我们在PEDOT:PSS（AI 4083）的基础上,通过金属氢氧化物的掺杂改性制备了p H偏中性的空穴传输材料PEDOT:PSS-Na、PEDOT:PSS-Cu和PEDOT:PSS-In。金属氢氧化物的掺杂不仅降低了PEDOT:PSS的酸性,同时我们还发现金属阳离子的引入还提高了PEDOT:PSS的电导率和功函数,功函数的提高有利于空穴传输层与活性层给体材料之间的能级比配,可以有效提高OSCs的光电转换效率。为了研究器件的光伏性能,我们利用PEDOT:PSS-Na、PEDOT:PSS-Cu和PEDOT:PSS-In作为空穴传输层制作了ITO/HTL/PM6:IT-4F/PDINO/Al结构的器件,其中基于PEDOT:PSS-Cu的器件获得了12.83%的效率,高于PEDOT:PSS器件的效率12.17%,效率的提升主要来源于Jsc的提高。同时对器件的稳定性也进行了测试,在干燥N2黑暗环境中经过96h后,基于PEDOT:PSS-Cu的器件仍保持着约70%的光电转换效率,而基于PEDOT:PSS的器件效率仅有不到50%。另外,在活性层改性方面,我们利用不同含量的有机硅（MQ）甲苯溶液掺杂活性层溶液。MQ的引入提高了活性层对载流子的收集与传输能力,有利于提高器件的空穴与电子迁移率,同时改善了活性层接触性能与表面形貌,这都有利于改善器件的性能。我们通过改变MQ的含量（1,3,5,7wt%）制作了ITO/PEDOT:PSS/PM6:IT-4F:MQ/PDINO/Al结构的器件,基于PM6:IT-4F的器件效率只有11.31%(Voc为0.831 V,Jsc为19.48 m A/cm~2,FF为69.83%),而在加入3wt%的MQ的器件效率提高到了11.85%(Voc为0.855 V,Jsc为21.15 m A/cm~2,FF为65.29%),器件效率提高主要归因于Voc和Jsc的的提高。同时对器件的稳定性也进行了测试,在干燥N2黑暗环境中经过96h后,基于PM6:IT-4F的器件光电转换效率降低到了最初的40%,而加入7wt%的MQ的器件效率则保持着56%的最初效率。
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