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本体异质结聚合物太阳能电池因其制备能耗低、可溶剂处理、材料价格低廉和可制成柔性器件与半透明器件等优点,近年来备受关注。随着新型给受体材料、新型器件结构和新型电极修饰层等研究的不断深入,聚合物太阳能电池近几年效率不断攀升,如今单结聚合物太阳能电池效率已经超过了 14%。但由于大多数聚合物材料的禁带宽度较大、光谱响应较窄,且载流子迁移率较低、激子扩散长度较短,使得非富勒烯聚合物太阳能电池的最佳光电活性层厚度通常约为100nm。此厚度比能吸收所有入射光所需要的理论厚度薄得多。如果能在有限的光电活性层厚度内有效地提高光利用率,就可以显著提高聚合物太阳能电池的效率。本论文主要讨论的是如何最大程度地提高聚合物太阳能电池的光利用率以提高器件效率。本文采用了两种方法去解决这一问题:拓宽光谱响应的三元共混聚合物太阳能电池与引入等离激元效应的聚合物太阳能电池,主要内容如下:1)我们成功地将吸收集中于长波长范围的第三组分IEICO引入二元PBDTBDD:PC71BM聚合物太阳能电池中,制成了 PBDTBDD:PC71BM:IEICO三元聚合物太阳能电池,从而将光谱响应拓宽至近红外区域,提高了聚合物太阳能电池的光利用率。在经过第三组分比例的调整和修饰层优化后,三元聚合物太阳能电池的PCE达到10.51%,与 PBDTBDD:PC71BM(7.86%)和 PDTBDD:IEICO(5.19%)二元聚合物太阳能电池相比显著提高。除了成功拓宽光谱提高光利用率外,第三组分IEICO还可以优化活性层的表面形貌、加强电荷的分离和传输并抑制载流子复合,最终实现三元聚合物太阳能电池效率的提升。2)我们设计了具有尖锐棱角的双金字塔型Au纳米颗粒,为了利用它的等离子体效应和ZnO在聚合物太阳能电池中的优异电子收集能力,我们最终合成了多功能双金字塔型Au@ZnO核-壳纳米颗粒(Au@ZnO),并将其作为阴极修饰层引入了反向聚合物太阳能电池。我们进行了电子迁移率、激子解离效率、时间分辨光致发光和光强依赖性测试。测试结果与FDTD一致,即Au@ZnO能够提高近红外光响应并有效地从光活性层中提取电子,从而提高聚合物太阳能电池的光利用率。最终,我们以Au@ZnO为阴极修饰层制备的PBDTBDD:ITIC和PBDB-TF:IT-4F聚合物太阳能电池获得了10.88%和13.67%的高效率,显著地优于以 ZnO 作为阴极修饰层的 PBDTBDD:ITIC(9.09%)和 PBDB-TF:IT-4F(11.86%)聚合物太阳能电池。结果表明,具有良好的电子提取功能和等离子体特性的Au@ZnO是一种优良的阴极修饰层,可以实现高效聚合物太阳能电池的制备。