基于小分子材料为电极界面修饰层的聚合物太阳电池

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太阳能是可再生清洁能源能源,太阳能光电池的研究和利用对传统能源面临枯竭及环境污染严重的今天具有重大的意义。有机太阳电池相比传统的无机半导体光电池由于具有制作工艺简单,质量轻且可制备成柔性器件等优点受到人们的广泛关注。然而,目前有机太阳电池光电转换效率较低,离作商业化应用的要求还有很大的一段路要走,因此如何有效的提高有机太阳电池的转换效率仍是研究的热点。本论文主要研究醇溶性小分子T0-Br和T1-Br作为阴极界面修饰层对聚合物太阳电池的光电转换效率的影响。具体研究工作如下:首先我们以醇溶性小分子T0-Br和T1-Br作为阴极界面层修饰ITO,制备了器件结构为ITO/界面层/PCDTBT:PC71BM/MoO3/Al的倒置太阳电池。在AM1.5G,100mW/cm2的模拟太阳灯照射下,基于T0-Br和T1-Br的光电池其光电转换效率分别为5.30%,5.50%,相比于无界面层的条件下,电池效率分别增大了104%,111%,在同等条件下甚至比PFN界面表现出更优异的性能。以上研究表明小分子T1-Br和T0-Br作为阴极修饰层用于光伏器件中是有效的。同时通过分析相应器件在无光照条件下的暗电流曲线,串并联电阻,以及参考相关文献,我们认为性能提高的主要原因是界面材料在ITO表面形成背离ITO的界面偶极,偶极的存在可以降低ITO的表面功函,增大内建电场,减小ITO和活性层之间的势垒,使得电子和空穴在传输过程中被复合的几率降低。为了进一步探索T0-Br和T1-Br在有机太阳电池中的应用,我们制备了器件结构为ITO/ZnO/界面层/PCDTBT:PC71BM/MoO3/Al的电池器件,引入T0-Br和T1-Br界面材料后,器件的PCE由无任何处理的5.07%分别提高至5.43%和5.75%。对无光照条件下的J-V曲线分析表明,界面层的引入可有效的提高器件的并联电阻,降低串联电阻,抑制漏电流的产生。在结构为ITO/PEDOT:PSS/PCDTBT:PC61BM/界面层/Al的正装器件中,引入小分子界面后器件的VOC和FF有改善,PCE由3.29%提高至4.00%。我们认为界面材料在活性层表面形成了指向金属Al的界面偶极,偶极的出现降低了金属Al表面的功函数,使得阴极的界面势垒得以降低,利于形成欧姆接触,促进电子的传输和收集。
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