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化石燃料大量的使用给环境带来日趋严重的污染,寻找清洁的可再生能源成为人类最迫切的需求。太阳能在地球上分布广泛,是最重要的可再生能源。近年来,基于半导体光生伏特效应,能够将太阳能直接转化成电能的太阳电池研究进展非常迅速。有机聚合物太阳电池(OPSCs)基于共轭聚合物光伏材料,具有成本低,重量轻,制备工艺简单,可通过湿法成膜进行大面积制造,可制备成柔性、特种形状器件;更重要的是可根据需要进行化学修饰,设计合成新型半导体聚合物分子,可调控器件性能等。由于这些独特的优点,OPSCs具有重要的应用前景。然而,当前OPSCs器件的能量转换效率(PCE)与无机太阳电池之间还存在一定差距,因此目前人们对OPSCs的研究主要致力于提高电池的效率。 本论文针对有机材料中载流子扩散长度短,活性层较薄,有机聚合物太阳电池对入射光吸收不充分等问题,围绕提高有机电池光吸收,进而提高其光电转换效率,并降低有机太阳电池制造成本为中心,主要开展了以下研究工作: 1.采用绒面掺氟氧化锡(FTO)透明导电薄膜(film)作为陷光电极,制备倒置结构聚合物太阳电池(IPSCs)。研究了铝掺杂氧化锌(AZO)电子传输层(ETL)厚度对FTO衬底的倒置结构电池性能的影响:当AZO薄膜厚度从0nm增加到58 n(三层AZO)时,电池器件效率从0.54%逐渐提高到2.89%,进一步增大ETL厚度至69 nm(四层AZO),电池效率降低。其次,与平面ITO薄膜IPSCs器件相比,绒面FTO电极能够引起入射光在活性层中的散射、多重反射,促进活性层在近紫外-蓝光波长范围内(400-650 nm)的光吸收,提升电池短路电流。短路电流密度从9.97 mA/cm2提高到11.62 mA/cm2,电池性能提高17.8%(2.47%-2.91%),通过吸收光谱,EQE等测试手段表明,电池性能提高主要由光吸收增强所导致。 2.为进一步提高基于FTO衬底IPSCs器件性能,采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对AZO/FTO复合膜的表面进行修饰。实验结果表明,PVP修饰层在一定程度上降低了FTO/AZO的散光性能,但其能够有效改善FTO/AZO复合薄膜表面形貌并降低薄膜表面功函数。因此,认为AZO/PVP复合修饰层能够有效传输、抽取电子,能够减少AZO薄膜与活性层间的载流子复合,插入PVP修饰层能够改善IPSCs器件性能。制备了三种不同活性层的电池:包括P3HT∶PCBM吸收层;P3HT吸收层;PTB7∶ PC71BM吸收层。研究发现插入PVP修饰层的电池效率均得到了相应的改善。其中P3HT∶PCBM电池效率从2.52%提高至4.14%;PTB7∶ PC71BM电池效率从4.86%提高至6.15%,获得了26%的提高。上述结果表明PVP修饰层适用于不同活性层材料有机电池,都获得一定的电池效率的改善。 3.制备合成银纳米线(AgNWs)陷光透明电极,替换ITO电极。首先,采用醇热法制备AgNWs,研究了生长条件对银纳米线形貌及结构的影响。通过优化生长参数,获得了直径为:60~100 nm,平均长度为20μm的银纳米线。其次,研究了AgNWs薄膜的光学性能:AgNWs薄膜具有宽光谱透过率和光散射率的特征。通过与ITO以及FTO薄膜光学性能的对比发现,AgNWs散光能力在400-1000nm范围内仅有较小的衰减,而FTO薄膜的散光能力在短波长范围内较高,长波则散射不足。综合全光谱范围,AgNWs光散射能力与FTO水平相当。再次,制备了基于AgNWs/ZnO复合薄膜作为透明电极的IPSCs器件,获得了1.86%电池效率(Jsc:8.79 mA/cm2,FF:0.39,Voc:0.55 V)。研究证明采用低成本的AgNWs/ZnO复合薄膜作为透明电极,并应用于IPSCs中是可行的。