原位制備無機(jī)納米-共軛聚合物薄膜及光伏性能的研究.pdf

1、近二十年來，有機(jī)太陽(yáng)能電池由于原料來源廣泛，成本相對(duì)較低、制備工藝簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)易修飾、能被大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛關(guān)注。但它也存在激子束縛能大、載流子遷移率低、電池穩(wěn)定性差等急需解決的問題。為了解決以上問題，無機(jī)/有機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池應(yīng)運(yùn)而生。無機(jī)/有機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池是使用無機(jī)納米半導(dǎo)體材料代替了有機(jī)太陽(yáng)能電池中的富勒烯電子受體，主要是利用無機(jī)納米半導(dǎo)體材料較高的介電常數(shù)，較好的電子親和性及穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。但直接利用無機(jī)納米材料制備無機(jī)/有

2、機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池時(shí)會(huì)發(fā)成團(tuán)聚現(xiàn)象，需加入表面活性劑吸附于納米材料表面來調(diào)控納米材料的形貌與性質(zhì)等，并且需要加入共溶劑將制備好的有機(jī)給體材料和無機(jī)受體材料進(jìn)行混合。但表面活性劑會(huì)阻礙有機(jī)給體材料與無機(jī)納米受體材料之間電荷的傳輸，而共溶劑的使用會(huì)影響有機(jī)給體聚合物鏈的趨向性和無機(jī)納米半導(dǎo)體的溶解性，從而影響電池的效率。原位法制備無機(jī)/有機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池的光活性層，相當(dāng)于在有機(jī)聚合物的體系中原位生成無機(jī)受體材料，很好地實(shí)現(xiàn)了聚合物和無機(jī)半導(dǎo)體

3、的有效結(jié)合，排除了直接制備無機(jī)/有機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池中表面活性劑和共溶劑的影響。
　　本文主要圍繞著原位制備無機(jī)納米/共軛聚合物薄膜及光伏性能進(jìn)行研究。在闡述了無機(jī)/有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)和研究背景的基礎(chǔ)上，制備了無機(jī)/有機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池，分析了器件的主要性能及參數(shù)。
　　首先，合成了納米CdS受體材料的前驅(qū)體材料:黃原酸鎘配合物。對(duì)材料的形貌、結(jié)構(gòu)、光學(xué)特性及物理化學(xué)性質(zhì)做了測(cè)試研究，并與經(jīng)典的有機(jī)給體材料聚3-己基噻吩

4、(P3HT)及實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的光電性能優(yōu)良的給體材料[5，10-雙（4，5-二癸基噻吩-2-基）二噻并[2，3-d:2'，3'-d']苯并[1，2-b:4，5-b']二噻吩]-2，6-二基-alt-2，1，3-苯并噻二唑-5，5'-二基](PDTBDT-BT)和[5，10-雙（4，5-二癸基噻吩-2-基）二噻并[2，3-d:2'，3'-d']苯并[1，2-b:4，5-b']二噻吩]-2，6-二基-alt-5，6-二氟-2，1，3-苯并噻二唑

5、-5，5'-二基](PDTBDT-FBT)聚合物復(fù)合原位生成光活性層，制備無機(jī)/有機(jī)復(fù)合太陽(yáng)能電池，并對(duì)器件性能和影響其性能的關(guān)鍵因素做了研究。優(yōu)化了制備條件，得到了光電轉(zhuǎn)化效率為0.82％結(jié)構(gòu)為ITO/PFN/P3HT:CdS/MoO3/Ag的太陽(yáng)能電池器件。
　　其次，CdS的吸收帶邊位于516nm，大部分可見光可以透過其薄膜，有利于降低光損耗;并且CdS具有較高的電子遷移率(265 cm2/sv)能減少電荷復(fù)合;還有CdS（

6、導(dǎo)帶和價(jià)帶）的能級(jí)分別在～4.0eV和～6.4eV附近，與ITO陰極和聚合物活性層之間能級(jí)非常匹配，這使得其能很好的進(jìn)行電子的收集和空穴的阻擋;另外，熱分解黃原酸鎘的配合物制備CdS薄膜的方法相對(duì)于化學(xué)氣相沉積(CVD)與原子層沉積(ALD)制備CdS傳輸層，成本低廉、簡(jiǎn)單易得?；谝陨显?，我們使用熱分解黃原酸鎘配合物的方法制備了厚度可調(diào)的的CdS薄膜，并將其應(yīng)用于倒置有機(jī)太陽(yáng)能電池(ITO/CdS/P3HT:PC61BM/MoO3/