【摘 要】
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近年来,随着更多新型高效有机光伏材料的出现,有机太阳能电池（Organic Solar Cells,OSCs）的性能快速提升,但其效率与稳定性与技术已较为成熟的硅基太阳能电池有仍着一定的差距,还不足以进行商业化和产业化。针对这一问题,本论文基于高效的二元有机光伏体系,分别从三元和添加剂这两个不同的策略出发,以此改善器件的激子解离、电荷传输和薄膜形貌,最终实现构建稳定高效非富勒烯OSCs的目标。本论
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近年来,随着更多新型高效有机光伏材料的出现,有机太阳能电池（Organic Solar Cells,OSCs）的性能快速提升,但其效率与稳定性与技术已较为成熟的硅基太阳能电池有仍着一定的差距,还不足以进行商业化和产业化。针对这一问题,本论文基于高效的二元有机光伏体系,分别从三元和添加剂这两个不同的策略出发,以此改善器件的激子解离、电荷传输和薄膜形貌,最终实现构建稳定高效非富勒烯OSCs的目标。本论文的主要研究内容如下:（1）基于三元策略,在高效的二元体系D18-Cl:N3中引入Y6以构建高效稳定的三元OSCs。在三元策略中,共混体系内复杂的分子间相互作用使得如何选择合适的第三元材料成为了一个难题。此处,引入的第三组分Y6与主受体N3具有相似的化学结构和电学性质,因此两者倾向于形成受体合金。受体合金的形成提升了系统的电荷传输效率、降低了能量损失同时改善了薄膜形貌,并因此使三元器件有着更高的效率和更好的稳定性。当引入50%的Y6时,器件性能最佳,其最高效率达到了17.74%。同时,合金受体的形成也有效提高了器件的光热稳定性。结果表明,选择具有相似的化学结构和电学性质的非富勒烯受体（Non-fullerene Acceptors,NFAs）形成合金受体是一种合理可靠的三元策略,可以进一步提高OSCs的性能。（2）基于添加剂策略,在高效的二元体系D18-Cl:Y6中加入一系列结构相似、低沸点且具有一定挥发性的含氧杂环化合物溶剂作为溶剂添加剂以构建高效稳定的二元OSCs。向主体系内加入高沸点的溶剂添加剂以在高温退火中改善薄膜形貌是另一提升器件性能的常见策略。然而,针对热稳定性较差的材料体系,这一策略往往难以生效。这类含氧杂环化合物具有较低的沸点和一定的挥发性,可不经热退火实现类似于高沸点添加剂的效果,它们的加入改善了系统的电荷传输和薄膜形貌。以效果最佳的四氢呋喃（Tetrahydrofuran,THF）为例,加入后的器件的填充因子（Fill Factor,FF）从74.20%提升到了75.91%,效率从16.85%提升到了17.70%。研究还对比了这类含氧杂环化合物溶剂对器件性能影响,并探究了THF对不同材料体系器件性能的影响。研究结果表明,选择易挥发溶剂作为溶剂添加剂是一种改善OSCs性能的有效且富有潜力的策略。
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