界面緩沖層修飾的聚合物太陽(yáng)能電池性能研究.pdf

1、聚合物太陽(yáng)能電池具有重量輕、成本低、可用濕法成膜（如旋涂、滾筒印刷等方式）大面積制造，以及可做成柔性器件等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注，已成為近些年熱門研究領(lǐng)域之一。隨著新型受體和給體材料的發(fā)展，近年來(lái)聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率得到不斷的提升。另一方面，通過(guò)引入合適的緩沖層（陰極緩沖層或陽(yáng)極緩沖層）可以促進(jìn)電荷的傳輸和收集，從而進(jìn)一步提高電池的效率。本論文集中于通過(guò)引入新型界面緩沖層提高基于P3HT:PCBM體系的體相異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)

2、能電池的能量轉(zhuǎn)換效率，開(kāi)展了以下兩個(gè)方面的工作:
　　 1.第一次將聚乙烯毗咯烷酮(PVP)作為非共軛聚合物陰極緩沖層引入到基于P3HT:PCBM體系的體相異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池中，顯著地提高了電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)。對(duì)比和分析了通過(guò)兩種成膜方式（直接旋涂和自組裝）將PVP引入到光活性層與Al電極之間的效果。在直接旋涂工藝的優(yōu)化條件(3000rpm)下，所得到體相異質(zhì)結(jié)聚合物電池器件ITO/PEDOT:PSS/P3HT

3、:PCBM/PVP/AI的最高PCE達(dá)3.9％，相比起未引入PVP的參比電池的提高幅度為2g％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明PCE的提高主要是由短路電流(JSc)增大引起的，說(shuō)明PVP陰極緩沖層的引入增加了陰極對(duì)電荷的收集能力。PVP陰極緩沖層的引入對(duì)提高電池的各性能參數(shù)的影響可歸結(jié)為以下三個(gè)方面:(l)活性層P3HT:PCBM與Al電極之間形成了界面偶極層;(2)PVP與Al電極中的Al原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng);(3)增加了Al電極薄膜表面的粗糙度。作為對(duì)比

4、，我們還研究了將PVP直接摻雜到P3HT:PCBM溶液中進(jìn)行旋涂，在成膜過(guò)程中PVP通過(guò)自組裝形成陰極緩沖層。在優(yōu)化的工藝條件（3％摻雜）下，電池的PCE僅提高13％。這一結(jié)果表明通過(guò)直接旋涂的方法引入PVP陰極緩沖層對(duì)電池PCE提高的幅度比利用自組裝的方法高，因此說(shuō)明即使直接旋涂增加了一步旋涂工藝，但其提供了一種簡(jiǎn)單而更為有效的方法增加聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。
　　 2.通過(guò)有機(jī)溶劑N,N二甲基甲酰胺(DMF)處理PE

5、DOT:PSS陽(yáng)極緩沖層，基于P3HT:PCBM體系的聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率得到了很大程度提高。DMF處理PEDOT:PSS陽(yáng)極緩沖層主要有兩種方式:(1)DMFl:4混合原始的PEDOT:PSS溶液;(2)直接旋涂DMF在原始的PEDOT:PSS陽(yáng)極緩沖層上。其中方法(2)的效果最為顯著，器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al的電池通過(guò)直接旋涂DMF（3000轉(zhuǎn)/秒）處理PEDOT:PSS陽(yáng)極緩沖層后，