溶液加工制备高导电和耐弯折的无机纳米晶应用于聚合物太阳能电池

发布时间：2020-06-28 00:12

【摘要】：聚合物太阳能电池由于其具有质轻、成本低、柔性、可溶液加工、易于实现大面积工业化生产等优点,受到了越来越多科研工作者的关注。近年来,通过开发新型的给受体材料,优化器件制备工艺以及界面工程等方法,单节太阳能电池的能量转化效率已达到14%。尽管聚合物太阳能电池的性能得到了大幅度的提升,但是与传统电池相比,其能量转化效率以及器件的稳定性方面还需要进一步的提高。其中,夹在电极和活性层之间的界面缓冲池对器件的效率和稳定性有着重要的影响。氧化锌(ZnO)作为目前应用最广泛的阴极缓冲层材料,具有合适的能级、良好的透光性、高稳定性和低制备成本等优点。然而,ZnO也存在一些弊端,例如表面缺陷、纳米粒子易团聚、纯ZnO导电性较低,不利于制备厚膜。另外,无机ZnO脆性较大,不易制备柔性器件等。本文主要围绕对氧化锌阴极缓冲层进行改性,提高阴极缓冲层的导电性,改善活性层与阴极缓冲层之间的能级匹配,提高电荷的选择性,减少载流子的复合和提高电子迁移率,同时,通过引入带功能基团的聚合物掺杂来改善无机ZnO的脆性提高其耐弯折性及与上层活性层的粘结性,并将其作用于反向有机太阳能电池中,提高器件的能量转化效率,主要包括以下几个部分:采用低温无配体法合成铝掺杂氧化锌(AZO)纳米粒子,同时,引入含有不同数量的氨基的表面活性剂:乙醇胺(EA)、乙二胺(EDA)、二乙烯三胺(DETA)和三乙烯四胺(TETA)来进一步提高纳米粒子的稳定性和导电性。表面活性剂中的氨基与AZO纳米粒子表面的羟基形成氢键提高其分散稳定性。另外,表面活性剂的氨基中的富电子可转移到AZO纳米粒子表面,提高导电性。实验证明,通过添加表面活性剂可以有效地钝化AZO的表面缺陷,抑制界面处的载流子复合,降低AZO的功函从而优化AZO和受体非富勒烯小分子ITIC及富勒烯衍生物受体PC_(71)BM之间的能级匹配。值得注意的是,氨基的数量会影响AZO的能级及导电性。因此,基于合适氨基数量的表面活性剂DETA改性的AZO阴极缓冲层的反向太阳能电池具有更优异的光电转换效率。当AZO-DETA阴极缓冲层厚度达到80 nm时,基于非富勒烯体系(PBDB-T:ITIC)的太阳能电池效率为10.7%,并且当AZO厚度达95 nm时效率仍可保持10%。制备这种高导电性且厚度不敏感的AZO阴极缓冲层有利于卷对卷大面积印刷柔性有机太阳能电池。为了提高无机界面缓冲层自身的耐弯折性,我们通过低温溶液法制备铝掺杂氧化锌(AZO)前驱体溶液,同时加入聚多巴胺溶液(PDA)制备AZO:PDA这种具有特殊功能的阴极缓冲层。与原始的AZO相比,引入PDA拥有以下几个优势:(1)可以钝化并修复AZO的表面缺陷;(2)PDA可以通过与AZO纳米晶体形成氢键从而将纳米粒子相互连接,有效地提高AZO的耐弯折性;(3)由于PDA特殊的粘附性使得AZO:PDA阴极缓冲层与上层活性层之间有良好的粘结作用。这种高导电性、厚度不敏感且具有优异的耐弯折性和粘附性功能的AZO:PDA阴极缓冲层,使基于PBDB-T:ITIC体系的器件效率达到10.3%且具有更好的稳定性,并为今后实现大面积柔性可穿戴光电器件的制备和应用提供了可能。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
【图文】：

太阳能电池,电荷分离,传输过程,聚合物

正向结构的聚合物太阳能电池及电荷分离传输过程；(b, d)反向结构的聚合物太池及电荷分离传输过程igure 1.1 (a, c) The structure of conventional polymer solar cell and the process of ction and transmission. (b, d) The structure of inverted polymer solar cell and the prcharge separation and transmission 聚合物太阳能电池的相关性能参数合物太阳能电池的性能主要是通过电流-电压（J-V）曲线表示（如图

曲线,太阳能电池,聚合物,太阳电池

图 1.2 聚合物太阳能电池的电流-电压(J-V)曲线Figure 1.2 Current density-voltage (J-V) of polymer solar cell物太阳电池的界面调控

【相似文献】