基于双受体有机太阳能电池的制备与研究

发布时间：2020-03-21 07:52

【摘要】：太阳能电池作为最具潜力的可再生能源技术之一,吸引了人们的广泛研究。特别是有机太阳能电池(OSCs),因廉价的材料、无污染等独特优势备受关注。由于有机材料的吸收范围较小,吸收太阳光的能力有限,叠层和三元OSCs等不同结构的器件被开发出来。三元器件较叠层器件制备工艺简单而被广泛研究。利用多种材料吸收光谱的互补性,结合较好的制备工艺,制备高性能三元OSCs。本论文以制备高效率三元OSCs为目标,重点研究第三组分材料的选择技巧。通过研究第三组分的掺入对器件在光子俘获、激子解离、载流子传输和收集等方面的影响,制备出高效率三元OSCs,并澄清机理。针对不同的体系,本论文提出了三种不同的选材方案,成功制备了相应的OSCs。内容如下:(1)选择以吸收光谱的互补性为基础,两个给体或受体具有相似的结构和较小的(HOMO/LUMO)能级差,结合两二元器件(具有相同给体或受体)都能很好的工作(较高的填充因子(FF)、光电转化效率较(PCE))的材料为第三组分。根据此方法,成功制备了以J71:MeIC2:ITIC为有源层的双受体OSCs。当J71:ITIC中掺入20%的MeIC2时,最优器件的PCE从10.7%提升到了 11.6%,主要归因于第三组分的掺入增强了光子的俘获以及优化了相分离尺度和形貌。(2)提出了一种有效的选材方案,利用两二元器件光伏参数的互补性选择第三组分。本方案同样满足(1)中提到的两给体/受体具有相似的结构和较小的(HOMO/LUMO)能级差等兼容性问题。根据此方法,成功制备了以PTB7-Th:IT-4F:IEICO-4F为有源层的双受体OSCs。通过向主体系中掺入25%的IT-4F,使器件的PCE从10.74%提升到了 11.78%。以第三组分作为形态调控剂,优化了有源层的形貌,减少了界面陷阱,使器件的FF的大幅度增加。最优器件71.12%的FF是目前以IEICO-4F为受体的所有OSCs中的最高值。通过第三组分的掺入优化了分子排布,提高了器件性能的稳定性。利用三元策略将两种器件光伏参数的优点结合成一种器件,是一种新的可行性选材方案。(3)提出以吸收光谱的互补性和两二元器件光伏参数的互补性相结合选择第三组分。吸收光谱的互补性提高有源层对光子俘获;利用两二元器件光伏参数的互补性优化有源层的形貌和相分离尺度。根据此方法,成功制备了以PBDB-T-2F:IT-2F:T6Me为有源层的双受体OSCs。以PBDB-T-2F:T6Me与PBDB-T-2F:IT-2F为有源层制备OSCs的光伏参数互补,且两器件的PCE12%。通过向主体系PBDB-T-2F:T6Me中掺入50%的第三组分IT-2F,最优的三元OSCs的PCE达到13.36%,较两个二元器件12.09%和12.33%有显著的提升。通过两种选材方法的结合,既大大增强了光子的俘获又优化了形貌,是一种更为可靠、有效的选材方案。
【图文】：

引言逡逑２０１８年，，侯剑辉研究员报道的基于ＰＭ６：ＩＴ－４Ｆ体系制备的ＯＳＣｓ的ＰＣＥ达到１４．４％。逡逑图１－１描述的是太阳能电池的最新研宄进展，随着效率的不断刷新，为ＯＳＣｓ的产逡逑业化发展迈出了重要一步。逡逑Ｂｅｓｔ邋Ｒｅｓｅａｒｃｔ＞＊Ｃｅｌｌ邋Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ逡逑逦逦逦—一＊．逡逑＾逦４＊３８－逡逑ａ邋ｉ－邋？糖５逦料逦＇似邋ｊｗ邋（ｖ邋ｉ？＜－逦逦逦＜ｉｒ＾ｌｉ＜￣Ｊｗ邋■■逦４ｔＳＳＳＳｆ＾逡逑ｔ邋栜嫩软物■？：逦＆逦她：，yU＇邋办喻逦ＪＴ＊！逦｜逡逑？ｒｌＳＥ＊￣．逦Ｌ，逡逑Ｉ：－逦？逡逑＜ｒ邋＾逦欲逦Ｉ逡逑■■：邋＿＿＿．逦ｉ邋■，■，．！．．邋ｆ邋；邋＜？．邋＾邋？．？邋ｆ逦ｉ逦．邋（邋ｙ．邋．，邋－．．；，，＜邋ｉ邋ｉ邋，邋，邋，邋＜邋Ｖ逡逑麟

本文编号：2593021