基于TADF材料的三元有机太阳能电池的研究

发布时间：2020-09-17 16:10

　　 三元有机太阳能电池由于其制作工艺简单,材料选择多样,成本低廉等优点,在近年来赢得了的广泛关注。在科研工作中传统的热激活延迟荧光材料(Thermally Activated Delayed Fluorescence,TADF)是一种常见的制作有机电致发光器件(Organic Light-Emitting Diode,OLED)的材料,但由于其宽的发光光谱,本文创新性的将这种常用于OLED的TADF材料作为第三组分掺杂到二元体异质结P3HT:PC_(71)BM体系中,研究不同掺杂浓度对三元有机太阳能电池的影响。具体工作如下;(1)选择TADF材料2CzPN作为第三组分,制备成不同掺杂比例的三元有机太阳能电池,并对器件的光伏性能、吸收性能、表面形貌、载流子迁移率进行测试。测试结果表明,当掺杂比例为3 wt%时器件的性能达到最佳,此时的光电转化效率为3.76%相较于标准二元器件提升了31%。性能得到优化的主要原因是,加入的第三组分2CzPN的荧光发射光谱与P3HT的吸收光谱有极大的重合区域,使得活性层之间存在着能量转移,并且加入的第三组分并没有很大程度改变活性层的形貌,在3 wt%的掺杂比例下载流子的迁移率较高并且达到较好的平衡状态,有利于电子和空穴的转移和传输。(2)选择另外一种TADF材料4CzIPN作为第三组分,同样制作不同掺杂比例的三元有机太阳能电池,并对其各方面性能进行表征。测试结果表明,当掺杂比例为1 wt%时器件的性能达到最佳,此时的光电转化效率为3.94%相较于标准二元器件提升了38.7%。性能提升的主要原因除了4CzIPN与P3HT之间存在能量传递之外,通过测试不同掺杂比例的形貌我们发现由于4CzIPN分子间发生了π-π堆叠效应,从而形成了更加平整的薄膜。分别测试了掺杂比例为0 wt%,0.5 wt%,1.0wt%,2.0 wt%的活性层的形貌,均方根粗糙度由3.8 nm减小为0.75 nm,极大的优化了活性层的形貌。综上所述,采用TADF材料2CzPN和4CzIPN作为P3HT:PC_(71)BM体系的第三组分低浓度掺杂都有效的提升有机太阳能电池的性能,为三元有机太阳能电池的实现提供了一种有效的解决途径。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM914.4
【部分图文】：

太阳能电池分类及优缺点有机材料种类繁多，合成工艺简易，可以制成柔性器件并且制作成本也相对低廉[6-8]

有机太阳能电池实际应用图

太阳能电池的J-V曲线图

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本文编号：2820930