可溶液加工有機(jī)及鈣鈦礦太陽電池界面修飾及穩(wěn)定性研究.pdf

1、和硅材料相比，可溶液加工的太陽材料具有柔性、質(zhì)輕、能在低溫下容易制備以及呈現(xiàn)出一個(gè)較寬的顏色種類和具有一定的透明度等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的人將目光轉(zhuǎn)向了可溶液加工的太陽電池領(lǐng)域。在可溶液加工太陽電池領(lǐng)域，有機(jī)太陽電池和鈣鈦礦太陽電池扮演著重要的角色。其中有機(jī)太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了11.5％的認(rèn)證效率，而鈣鈦礦太陽電池早已突破20%。雖然器件效率已經(jīng)取得了非常大的進(jìn)步，但是仍然有一些問題沒有解決。如PEDOT:PSS的吸濕性及對(duì) ITO

2、腐蝕性影響器件的穩(wěn)定性。人們迫切需要穩(wěn)定性較高的材料作為界面層。
　　首先，利用石墨烯納米帶碳納米管復(fù)合材料修飾有機(jī)太陽電池界面。可溶液加工的一維長度的石墨烯納米帶(GONRs)和碳納米管(CNTs)復(fù)合材料已經(jīng)通過部分剪開多壁碳納米管(MWCNTs)成功制備。由于界限清楚的納米帶和包含CNTs的連續(xù)的一維長度，低成本的GONRs和CNTs雜化的的材料(GONR/CNTs)能夠溶液加工并且可控的功函從而能有效的促進(jìn)電荷傳輸。當(dāng)GO

3、NR/CNTs加入到聚合物太陽電池的結(jié)構(gòu)中同時(shí)作為電子傳輸層和空穴傳輸層獲得了比較高的器件性能和穩(wěn)定性。這個(gè)結(jié)果證明從MWCNTs剪開的GONR/CNTs具有作為可溶液加工的高性能聚合物太陽電池的界面材料的能力。
　　其次，利用低功函的聚乙烯亞胺(PEIE)修飾聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸鈉(PEDOT:PSS)作為聚合物太陽電池中的電子傳輸減少PEDOT:PSS對(duì)ITO基底腐蝕性的研究。PEIE旋涂在PEDOT:PS

4、S上，選擇性地將空穴傳輸作用改變?yōu)殡娮觽鬏斪饔茫瑫r(shí) PEDOT:PSS/PEIE作為電子傳輸獲得更好的界面接觸和活性層形貌，電荷遷移率也有所提高。由于具有以上優(yōu)良的性能，制備的基于窄帶隙的半導(dǎo)體光敏層的反向聚合物太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率有明顯的提高達(dá)到了7.94%，優(yōu)化了器件性能。超過我們預(yù)期的是，相比只有PEDOT:PSS的器件，用PEIE修飾的器件穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，由于PEIE具有疏水性和堿性，其不僅降低了PEDOT:PSS的吸水性而

5、且中和了PEDOT:PSS的酸性，進(jìn)而避免腐蝕ITO。這些結(jié)果表明由PEIE修飾的PEDOT:PSS作為電子傳輸層在將來的商業(yè)印刷具有很大的發(fā)展空間。
　　為了制備低成本簡單結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽電池，無空穴傳輸層(HTL)的CH3NH3PbI3/PC61BM平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽電池結(jié)構(gòu)被快速制備。該器件在AM1.5G100mW cm-2照明條件下達(dá)到了平均PCE為11.7%(最高12.5%)。并且無HTL器件在柔性基底上仍然保持高達(dá)9

6、.7%的PCE。對(duì)該無HTL鈣鈦礦太陽電池器件的元素分布進(jìn)行分析，結(jié)果表明，用氯苯處理的快速結(jié)晶的方法能夠讓鉛富集在PC61BM一側(cè)。通過的橫截面的TEM發(fā)現(xiàn)靠近ITO底層鈣鈦礦孔洞可能是導(dǎo)致低短路電流以及無HTL鈣鈦礦太陽電池的滯后的原因。此外，在ITO上不使用HTL的器件比用PEDOT:PSS作為HTL的器件穩(wěn)定。不使用空穴傳輸層，使得無HTL的鈣鈦礦太陽電池的制備比其他含有傳輸層的器件更加快速。這種簡單的結(jié)構(gòu)和簡化的制備方法為未來