高效三元有机太阳能电池活性层形貌的精确调控与稳定性的研究

发布时间：2021-07-01 11:40

　　近年来,得益于新型给受体材料与优化的器件结构,基于单节本体异质结有机太阳能电池的器件效率已经突破16%。利用三元策略制备有机太阳能电池,不仅可以提高光吸收,也能优化活性层薄膜形貌,从而提高电池性能。然而,大部分有机太阳能电池的活性层薄膜厚度只有100 nm左右,制成厚膜后,效率会大幅下降,且光、空气和热等因素也会影响电池的寿命。针对这些问题,本论文拟通过三元策略来精确调控活性层薄膜形貌特别是垂直方向上的组分分布,从而制备厚度不敏感以及高效稳定的有机太阳能电池。首先,将高结晶性的DRCN5T小分子引入PTB7-Th:PC₇₀BM体系,制备了厚度高达270 nm的太阳能电池,器件效率达到了11.1%。发现DRCN5T的引入可以促进PTB7-Th形成纳米线的结晶结构,从而提高了相纯度。同时,DRCN5T可以优化PTB7-Th和PC₇₀BM在垂直方向上的组分分布,即有更多的PTB7-Th处于薄膜表面,而更多的PC₇₀BM富集在薄膜的底层,主要与组分之间的相容性不同有关。通过熔点下降法,计算得到了DRCN5T:PTB7-Th和DR... 

【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

本体异质结有机太阳能电池的结构（a）及工作原理（b）示意图

给受体材料会产生一定的激子（电子-空能级差的足够大的条件下，脱离结合能的束缚的激置发生分离，形成电子和空穴。在静电场的作用下分别沿着给体通道和受体通道到达界面修饰层，最于给受体中缺陷的存在，部分没有被收集的电子和现出光生伏打效应，如图 1.1b 所示。机太阳能电池的几种性能参数用能量转换效率（power conversion efficiency，PC性能的优劣。在充满氮气（N2）的手套箱中（常压太阳光模拟器，在校对的标准光强下（光照强度为的电流密度-电压（J-V）曲线如图 1.2 所示。影响 P路电压（Open Circuit Voltage, Voc），短路电流密度填充因子（Fill Factor, FF）和外量子效率（ExteE）。

第 1 章 引言（PEDOT:PSS 等）修饰的 ITO 电极作阳极，以较低功函数的金属材料（铝等）作为阴极。但是研究发现，酸性的 PEDOT:PSS 会对电极有一定的破坏，影响稳定性；另一方面铝电极容易被氧化，从而影响器件的性能。为了解决正向器件稳定性的问题，研究者以较低功函数的电子传输层（ZnO 等）修饰的 ITO 电极作为阴极，高功函数的金属材料（银等）作为阳极，发展了反向的器件结构。反向结构的器件不仅提高了电池的稳定性，而且还解决了给受体的垂直梯度分布差异性导致的性能问题。因为假若受体分子在底部富集，更加有利于利用反向器件得到更高的效率[16]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Solvent additive-free ternary polymer solar cells with 16.27% ef?ciency[J]. Qiaoshi An,Xiaoling Ma,Jinhua Gao,Fujun Zhang.  Science Bulletin. 2019(08)



本文编号：3259069