论文部分内容阅读
有机太阳能电池的材料来源广泛,制备工艺简单,近几年来有机太阳能电池效率的提升成为有机光伏器件研究的热点,本论文主要以提升有机太阳能电池光电转化效率为出发点,通过阴极修饰层改善、新材料二元器件的制备以及三元策略的方法探索提升效率的途径。首先在基础有机光伏器件中研究了阴极修饰层及复合阴极修饰层对器件的影响,在此之上替换活性层材料,制备了以高效非富勒烯材料PM6:Y7为活性层的有机太阳能电池,并将富勒烯材料PC70BM作为第三组分,添加到非富勒烯体系中,有效改善了器件中的电子传输,提升了器件的激子解离效率并使电子传输平衡,同时扩大了活性层的吸收光谱范围,从而提高器件的光电转化效率。并对器件的光电特性、外量子效率,活性层的吸收光谱、表面形貌表征进行了对比研究,本工作的主要研究成果和创新可以归纳为:（1）制备了P3HT:PC61BM经典体系的反型聚合物太阳能电池,通过改变ZnO、Sn O2、PEIE单层阴极界面层材料薄膜制备的退火时间、退火温度、薄膜厚度,确定最优单层阴极界面层条件,发现单层阴极修饰层为ZnO的时器件性能最佳,最优效率分别能达到3.68%;接着进一步将界面层材料叠加,发现复合阴极修饰层可以获得修饰层性能的互补,有效地调节界面性能,优化获得的最佳器件采用Sn O2/ZnO复合阴极修饰层,器件光电转化率达到3.93%,接近P3HT器件国际报导的最高4%,相对于单层阴极界面效率提升了25.14%。（2）用ZnO作为阴极修饰层,制备了以新型高效有机材料PM6:Y7为活性层体系的有机光伏器件,通过改变给受体比例、活性层厚度、退火温度、退火时间使器件效率提升了10.87%。又在活性层溶液中加入CN作为添加剂,浓度为2%时,器件的JSC提升了5%,效率由14.58%进一步提升至15.16%,证明了一定浓度的添加剂会影响活性层形貌,能使薄膜表面更加平滑,电极与半导体界面接触更良好。（3）在已优化的PM6:Y7体系二元有机光伏器件之上,掺杂5%富勒烯材料PC70BM作为第三组分,器件的效率提升到16.02%,FF由67.6%上升到70.1%,发现掺入适量的富勒烯受体能够有效改善器件中的电子传输,提升了器件的激子解离效率并使电子传输平衡,进而提升了器件的填充因子,但是过多掺杂比例的PC70BM,会破坏活性层薄膜表面形貌,使器件中的串联电阻变大,短路电流降和填充因子降低。本文包括图32幅,表17个,参考文献72篇。