聚合物光伏器件形貌特性、性能及穩(wěn)定性研究.pdf

1、本論文圍繞影響體相異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池光伏性能的相關(guān)因素展開研究，主要內(nèi)容分為三個(gè)部分:首先研究了熱處理對聚3-己基噻吩∶[6，6]-苯基C61丁酸甲酯(poly(3-hexylthiophene)∶[6，6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester，P3HT∶PCBM)薄膜的形貌影響;接著對喹喔啉類共聚物材料poly[2，3-bis-(3-octyloxyphenyl)quinoxaline-5，8

2、-dyl-alt-thiophene-2，5-diyl](TQ)采用氟原子取替方法得到最高占據(jù)分子軌道(HOMO)能級更低的Poly[6-fluoro-2，3-bis-(3-octyloxyphenyl)quinoxaline-5,8-diyl-alt-thiophene-2,5-diyl](FTQ), FTQ∶PCBM作為活性層制備的器件開路電壓更高;最后對基于poly[4，8-bis-alkyloxybenzo(1,2-b∶4,5-

3、b)dithiophene-2,6-diyl-alt-(alkyl thieno(3,4-b) thiophene-2-carboxylate)-2，6-diyl](PBDTTT-C)的聚合物光伏器件制備工藝和器件參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，對器件穩(wěn)定性進(jìn)行了初步的探討。
　　1、利用退火處理對P3HT∶PCBM共混膜形貌及其器件性能在不同溫度下的影響進(jìn)行研究。
　　退火溫度對P3HT∶PCBM共混膜中PCBM團(tuán)聚體的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明

4、，PC61BM和PC71BM團(tuán)聚體的尺寸隨退火溫度的升高而逐漸增大，但是兩種受體的聚集態(tài)明顯不同，PC61BM聚集體呈樹枝狀，而PC71BM聚集體呈星狀。
　　Al電極對PCBM團(tuán)聚體形成的影響。研究表明，先蒸鍍Al電極再對P3HT∶PCBM薄膜退火，Al層可避免微米量級的PCBM團(tuán)聚體在薄膜表面出現(xiàn)。
　　熱處理對P3HT的結(jié)晶態(tài)和薄膜的吸收強(qiáng)度的影響。退火溫度的提高會(huì)增強(qiáng)薄膜中P3HT的吸收強(qiáng)度和結(jié)晶強(qiáng)度。
　　熱

5、處理對P3HT∶PCBM為功能層的光伏器件的影響。結(jié)果表明，當(dāng)熱處理溫度接近P3HT玻璃化溫度時(shí)，器件的性能得到了提高。在170℃下的30分鐘熱處理時(shí)，器件的性能最好。
　　2、研究了氟取代的FTQ材料的吸收，薄膜形貌以及在光伏器件中的應(yīng)用。
　　氟取代TQ得到的FTQ材料比原材料TQ的HOMO能級更低，介電常數(shù)更高，從而相應(yīng)器件的Voc有所增加。FTQ材料有1.70 eV光學(xué)帶隙，-5.51eV的HOMO能級和高達(dá)5.7×

6、10-3 cm2V-1S-1的空穴遷移率，是一種優(yōu)良的光伏給體材料。
　　FTQ∶PC71BM共混膜在110℃退火后FTQ的吸收變化情況。退火后吸收峰發(fā)生紅移，且吸收強(qiáng)度與紅移量隨時(shí)間增加而增加。
　　優(yōu)化了器件性能。以1∶1的質(zhì)量比制備的FTQ∶PC71BM器件，在其功能層經(jīng)歷1分鐘的短時(shí)間退火后，得到5.3％的轉(zhuǎn)換效率。
　　3、對于分別以聚（3，4-乙撐二氧噻吩）∶聚（苯乙烯磺酸）(poly(3，4-ethyle

7、nedioxythiophene)∶poly(styrenesulfonate)，PEDOT∶PSS）和氧化鋅(ZnO)為修飾層的PBDTTT-C∶PC71BM體系的傳統(tǒng)型與倒置型兩種器件，研究了影響器件性能的參數(shù)，通過優(yōu)化參數(shù)得到高效率的光伏器件。探討了兩種器件在長期存放、光照和加熱下性能的穩(wěn)定性。
　　研究了溶劑與添加劑對以PBDTTT-C∶PC71BM功能層的光伏器件性能的影響。比較了幾種不同溶劑和添加劑制備的光伏器件的性能

8、，結(jié)果顯示以鄰二氯苯(dichlorobenzene，DCB)為溶劑添加3％的二碘辛烷(1，8-diiodoctane，DIO)時(shí)，其器件性能達(dá)到最優(yōu)，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到6.7％。
　　探討了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和倒置結(jié)構(gòu)器件在氮?dú)猸h(huán)境下長期存放、模擬太陽光照和加熱條件時(shí)性能的變化。發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)正型器件比倒置型的效率衰減快。這是由于倒置型器件中電極修飾層為ZnO和氧化鉬(MoO3)等穩(wěn)定的無機(jī)化合物的保護(hù)作用，其器件效率衰減更慢。
　　以Zn