有機太陽能電池給受體界面和電極界面性質的研究.pdf

1、本文設計合成了一系列給體小分子材料,含氟碳鏈富勒烯受體材料和不同氧化程度的氧化石墨烯等材料,細致的研究給體受體材料界面、電極與活性層之間的界面對有機太陽能電池器件效率的影響,主要內容及結論如下:
　　1.我們設計合成了以吡咯環(huán)二酮為受體單元,以不同共軛性基團為給體單元的給體-受體-給體(A-D-A)型小分子給體材料:T(TDPPT)2、TT(TDPPT)2和BDT(TDPPT)2。理論計算表明,三種小分子具有不同的共平面性,同時也

2、表現出了不同的結晶性。具有結晶性的小分子材料分別與PC71BM、一定比例的DIO共混,以此混合溶液旋涂制備的活性層均形成了具有納米線結構的小分子聚集體,并且不同結晶性的小分子給體材料還能夠有效調節(jié)納米線的尺度(4 nm、10–15 nm和15–20 nm)。通過空間電荷限制電流的方法對上述活性層空穴遷移率和電子遷移率進行測試發(fā)現,基于10-15 nm長度納米線的活性層具有更加平衡的空穴和電子遷移率,從而有利于提高器件填充因子和光伏性能。

3、通過調節(jié)給體小分子材料的化學空間結構來得到合適結晶尺度的小分子給體材料,并通過添加劑 DIO的優(yōu)化,我們可以得到不同尺度納米線活性層形貌,而合適的納米線尺度有利于器件短路電流和填充因子的提高,從而使得器件性能得到很大的提升。
　　2.我們設計合成了含長氟碳鏈的富勒烯衍生物13F-PC61BM,發(fā)現在溶液旋涂過程中13F-PC61BM能夠誘導 P3HT結晶,在無需任何后處理的情況下P3HT:13F-PC61BM共混膜能形成長程有序,

4、具有互穿網絡結構的形貌,顯著提高了電荷傳輸能力,改善了有機聚合物太陽能電池的能量轉換效率。與P3HT:PC61BM體系相比,在未退火條件下,P3HT:13F-PC61BM得到了較高的器件效率。但是由于含氟鏈具有較大的剛性,會在一定程度上阻礙P3HT鏈的運動,因此與之前本課題組報道的PCBB-C8受體材料相比,器件未表現出更加優(yōu)良的性能,并且材料P3HT:13F-PC61BM共混膜在未經熱退火處理時還未達到最佳的活性層形貌,經熱退火進一步

5、處理的P3HT:13F-PC61BM器件效率也得到了進一步提高。
　　3.研究了不同氧化程度的pr-GOs作為空穴傳輸材料對P3HT:PC61BM體系的影響,通過在控制氧化過程中的參數,如預氧化與否,氧化劑含量,氧化時間等得到一系列不同氧化程度的氧化石墨,并將得到的氧化石墨作為空穴傳輸層材料應用于有機太陽能電池中。我們證明通過不完全氧化的方法可以得到不同程度的氧化石墨界面偶極,從而實現界面材料功函數的調節(jié),而器件界面材料的功函數對