论文部分内容阅读
有机太阳能电池具有轻量化、可柔性加工、成本低廉等特性,是未来有效利用太阳能的途径之一。阳极界面层是有机太阳能电池的重要组成部分,是提高有机太阳能电池的光伏转换效率的关键。本论文首先设计合成了具有π-π共轭主链和离子侧链结构的p-CPE-1、p-CPE-2、p-CPE-3三种共轭聚电解质阳极界面层。本论文通过质子酸掺杂的方法来调控三种共轭聚电解质阳极界面层材料的离子侧链与主链间的偶极化作用,使共轭聚电解质具备自掺杂效应,从而提高共轭聚电解质的功函和电导率,最终显著提高有机太阳能电池得光伏转化效率。本论文具体选择樟脑磺酸和盐酸作为质子酸掺杂剂,深入研究了不同掺杂条件对三种共轭聚电解质阳极界面层功函数和电导率的影响,进而研究了对有机太阳能电池光伏转化效率的影响及其机制。本论文研究内容主要如下:1.利用2,7-二溴咔唑和1,4-丁磺酸钠内酯进行化学合成,合成1-磺酸钠-4-（2,7-二溴-9-咔唑基）丁烷,简称为中间产物A。中间产物A与4,7-双（4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂戊硼烷基）-2,1,3-苯并噻二唑通过Suzuki偶联反应合成聚[9-丁烷磺酸钠-alt-2-苯并噻二唑基咔唑],简称为p-CPE-1。选取樟脑磺酸对p-CPE-1进行质子酸掺杂改性,通过樟脑磺酸质量来调控樟脑磺酸溶液中质子酸的浓度。研究不同浓度的樟脑磺酸溶液对p-CPE-1的电导率以及功函数的影响。p-CPE-1(功函数为5.02 eV,电导率为0.36×10-5S/cm),经樟脑磺酸掺杂改性后的p-CPE-1功函数提高至5.23 eV,电导率提高至1.67×10-5S/cm。将p-CPE-1,50mg/m L樟脑磺酸掺杂后的p-CPE-1,简称为50-HPCB-BT以及PEDOT:PSS作为有机太阳能电池的阳极界面层,以PM6:Y6作为有机太阳能电池的活性层。50-HPCB-BT的有机太阳能电池获得了11.87%的效率,比p-CPE-1光伏器件的效率（7.73%）提升了4.14%。2.1,4-苯二频哪醇酯与中间产物A合成得到聚[9-丁烷磺酸钠-alt-2-苯基咔唑],简称为p-CPE-2。利用盐酸作为质子酸掺杂剂,探究在掺杂剂盐酸浓度及掺杂时间不同的情况下对p-CPE-2的光电性能的影响。0.5 mol/L盐酸,掺杂40 min的p-CPE-2,简称为PCB-ph-54,而以p-CPE-2,PCB-ph-54为阳极界面层有机太阳能电池器件中光伏转换效率分别为5.79%,10.75%。PCB-ph-54的功函数提高至5.42 eV,电导率提升到9.13×10-4S/cm,而p-CPE-2的功函为5.27 eV,电导率为7.16×10-4S/cm。盐酸改性后的p-CPE-2光电性能有了明显的改善,且有效提高了有机太阳能电池的光伏转换效率,相比p-CPE-2器件的转换效率提升了近5%。3.2,5-噻吩二硼酸与中间产物A通过Suzuki偶联反应合成聚[9-丁烷磺酸钠-alt-2-噻吩基咔唑],简称为p-CPE-3。0.3 mol/L盐酸掺杂30 min后的p-CPE-3,简称为PCB-T-33。相比于未掺杂的p-CPE-3功函数（4.84 eV）和电导率(7.89×10-4S/cm),PCB-T-33的功函数提高了0.39 eV,电导率提高了近1.2倍。以PBDB-TF:IT4F为活性层及p-CPE-3、PCB-T-33分别作为阳极界面层的有机太阳能电池的光伏转换效率依次为5.36%、13.36%。0.3 mol/L盐酸掺杂后的PCB-T-33,具有合适的功函数和电导率,光伏性能获得最优。通过质子酸掺杂的方式,可有效提高有机太阳能电池的光伏性能。