【摘 要】
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有机太阳能电池（OSCs）因其重量轻,可柔性化,能大面积卷对卷制备,以及原材料来源广泛等优点,具有广阔的应用前景。但活性层材料载流子迁移率较低和激子扩散长度较短,致使活性层不能有效地吸收太阳光。另外,传输层电荷传输能力较低,造成OSCs的光电转换效率（PCE）不高。为了解决OSCs中存在的问题,利用碳酸铯（Cs2CO3）和氧化锌（Zn O）复合材料作为新型的电子传输层,改善传输层与活性层的界面接触
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有机太阳能电池（OSCs）因其重量轻,可柔性化,能大面积卷对卷制备,以及原材料来源广泛等优点,具有广阔的应用前景。但活性层材料载流子迁移率较低和激子扩散长度较短,致使活性层不能有效地吸收太阳光。另外,传输层电荷传输能力较低,造成OSCs的光电转换效率（PCE）不高。为了解决OSCs中存在的问题,利用碳酸铯（Cs2CO3）和氧化锌（Zn O）复合材料作为新型的电子传输层,改善传输层与活性层的界面接触特性,增强电荷传输能力。此外,采用表面具有“金字塔”型微结构的聚二甲基硅氧烷（MST-PDMS）薄膜,增加入射光在电池中的光程长度,以增强活性层对太阳光的吸收率。本论文的主要研究内容及成果如下:（1）研究结构为ITO/Zn O/PTB7-Th:PC71BM/Mo O3/Ag的OSCs中Zn O电子传输层的制备方法及电池性能。结果表明,溶胶-凝胶法制备的Zn O相较于磁控溅射法制备的Zn O具有更高的透光率和更好的界面接触特性。采用溶胶-凝胶法制Zn O时,OSCs的最高效率达到了7.49%。（2）研究Cs2CO3和Zn O复合材料传输层对OSCs性能的影响。通过将Cs2CO3掺杂到Zn O中,形成Cs2CO3:Zn O新型电子传输层,改善传输层和活性层的界面接触特性,增强电荷传输能力。结果表明,一定量的Cs2CO3掺杂Zn O,能有效提高电池的电子迁移率。当Zn O中Cs2CO3的掺杂浓度为1.0 mg·m L-1时,电池的电子迁移率从1.20×10-6cm~2/V·s提高到4.95×10-6cm~2/V·s;电池效率从7.56%提高到8.65%。（3）研究Zn O/Cs2CO3双层电子传输层对OSCs性能的影响。通过制备Zn O/Cs2CO3双层电子传输层,修饰Zn O的表面缺陷,抑制载流子复合,并改善界面接触特性。结果表明,当Cs2CO3电子传输层的浓度为1.5 mg·m L-1时,OSCs的填充因子从59.45%提高到62.66%;电池效率从7.30%提高到8.08%。（4）研究MST-PDMS减反射层对OSCs性能的影响。将MST-PDMS用作减反射层,有效地增加入射光在电池中的光程长度,增强活性层对光的吸收,提高电池的光电流。结果表明,金字塔的尺寸越小对电池的效率提升越明显。当采用宽度为9μm的“金字塔”型MST-PDMS减反射薄膜时,电池在开路电压和填充因子不变的情况下,短路电流密度从16.02 m A·cm-2提高到18 m A·cm-2;电池效率从7.73%提高到8.76%,提高了13.32%。此外,MST-PDMS减反射薄膜还可以有效地提升电池在大气环境中的稳定性。
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