基于可溶小分子给体的三元有机太阳能电池研究

发布时间：2020-06-11 19:12

【摘要】：有机太阳能电池(OSC)作为目前最有前景的绿色能源供给方式之一,具有质轻、柔性、可制作大面积和环保等特点,近年来被广泛关注。其中三元有机太阳能电池可以拓宽光谱吸收、增大载流子迁移率以及改善器件形貌,是一种简便及有效的提升传统二元有机太阳能电池性能的策略。本论文利用可溶性小分子材料与传统二元有机太阳能电池结合,制备高效的三元有机太阳能电池。主要工作内容如下:1.首次将新型芘并咪唑衍生物(PyPI)掺入到经典二元PTB7-Th:PC_(71)BM体系中,构筑了高效的三元有机太阳能电池。基于PTB7-Th:PyPI:PC_(71)BM的三元OSC表现出10.36%的高功率转换效率(PCE),且短路电流密度(J_(SC))和填充因子(FF)均有一定的提升,分别为19.26 mA/cm~2和67.90%。与二元器件相比,性能提高了15.88%。同时,三元OSC显示出更好的热和光照稳定性。在60°C条件下连续退火3小时后,含有PyPI的器件效率仍然保持有原始效率的94.13%,而对照器件的性能仅有原始效率的52.47%。在AM 1.5G(100 mWcm~(-2))持续照射3小时后,三元OSC的PCE仍保有原始效率的72.50%。通过一系列的测试与分析,发现PyPI可以在薄膜中形成有效的π-π堆积,而小分子PyPI的堆叠可促进电荷转移并抑制富勒烯聚集,这是造成三元OSC器件性能和稳定性提升的主要原因。2.提出了具有稠环结构的可溶有机小分子DFNPy,将其用于制备得到基于PTB7-Th:DFNPy:PC_(71)BM的三元OSC,其PCE为10.59%,且具有19.72 mA/cm~2的J_(SC)和68.15%的FF。DFNPy显示出350-450 nm短波波段的吸收光谱,增强传统二元器件在短波区域的吸收,这在三元OSC领域很少有被提及到。此外,苯环结构可以形成π-π堆叠来促进电荷转移。DFNPy的添加可以改善膜的相分离和结晶度,使膜层的形态得到优化,促进电荷产生并减少电荷复合,从而提高迁移率,最终提升了传统二元体系的性能。本论文将易形成π-π堆叠的可溶性小分子引入到传统二元体系中,实现了高效的三元有机太阳能电池,系统地分析了π-π堆叠效应对于三元器件的影响,相关研究为改善有机太阳能电池性能提供了新的解决方案。
【图文】：

硅太阳能电池结构

染料敏化太阳能电池结构
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4

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本文编号：2708331