A-D-A型有机受体小分子的核心大π共轭单元结构对其光伏电池稳定性的影响
发布时间：2021-12-18 22:55
给受体材料的分子结构不仅对聚合物太阳能电池的光电转换效率具有决定性作用,更对其稳定性具有重要影响。选取三种结构相似的A-D-A型受体小分子（FBR、IDFBR和IDTBR）与P3HT共混制备电池器件并考察器件稳定性,探究分子结构对电池稳定性的影响。IDFBR和IDTBR是由FBR的π-共轭内核苯环以及噻吩环稠化得到的分子。研究发现,苯环稠化的IDFBR与FBR具有相似的吸收光谱和光学带隙;而噻吩环稠化的IDTBR具有更窄的光学带隙。原子力显微镜和X-射线衍射分析结果表明,P3HT:IDFBR体系中的P3HT表现出明显的自身结晶,而IDTBR及FBR则与P3HT形成了共混结晶,降低了P3HT自身的结晶性能。器件性能结果表明,基于IDFBR的光伏电池具有更高的开路电压(VOC为0.86 V),而IDTBR则具有更高的短路电流(JSC为12.41 mA/cm2).P3HT:IDTBR基光伏电池的最优光电转换效率可达5.80%,同时该光伏电池还展示出良好的稳定性,器件在持续光照500 h后性能没有出现衰减。研究结果表明,P3HT...
【文章来源】：太原理工大学学报. 2020,51(06)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
P3HT:NFA器件归一化衰减曲线
为了进一步考察P3HT:NFA薄膜形貌之间的差异,通过AFM和XRD对三种固体薄膜的表面形貌以及内部结晶性进行表征。图3是P3HT:NFA薄膜的AFM图谱。可以看到,三种薄膜的形貌差别较大,其中,P3HT:FBR薄膜的表面呈无规纳米粒子聚集状(图3(a)),薄膜的表面均方粗糙度(RMS)为3.74 nm。相比之下P3HT:IDFBR薄膜的表面较为平整(RMS=2.76 nm),且P3HT纳米纤维清晰可见[22],这表明IDFBR与P3HT共混时IDFBR并不能改变P3HT的结晶。P3HT:IDTBR薄膜表面则呈现块状形貌,无明显的P3HT纳米纤维结构,薄膜具有较大的表面粗糙度,其RMS达到13.14 nm,表明IDTBR与P3HT具有较好的分子相容性,IDTBR的掺入明显地改变了P3HT的结晶性,推测形成了共混结晶相。由此可知,不同受体材料对于P3HT在成膜过程中的结晶行为有较大的影响。图4是P3HT:NFA薄膜的XRD图谱,从图可以看出,三种固体薄膜都在5.4°处检测出P3HT的XRD特征衍射峰,对应的晶格间距d为1.61 nm.这一衍射峰位置与P3HT:PC61BM的衍射峰位置相一致,对应P3HT分子的(100)晶面[23]。因此在这三个NFA体系中,微纳尺度下P3HT依然形成自身的结晶。然而,在这三种混合薄膜中,P3HT的XRD峰强有较大的不同。其中,P3HT:IDFBR薄膜的P3HT衍射峰最强,而P3HT:IDTBR最弱。这表明IDFBR与P3HT的相容性较差,共混薄膜中P3HT存在显著自身结晶行为。而在P3HT:IDTBR中,由于IDTBR与P3HT具有良好的相容性,因此降低了活性层中P3HT自身的结晶,进而形成非常粗糙的表面形貌。
图4是P3HT:NFA薄膜的XRD图谱,从图可以看出,三种固体薄膜都在5.4°处检测出P3HT的XRD特征衍射峰,对应的晶格间距d为1.61 nm.这一衍射峰位置与P3HT:PC61BM的衍射峰位置相一致,对应P3HT分子的(100)晶面[23]。因此在这三个NFA体系中,微纳尺度下P3HT依然形成自身的结晶。然而,在这三种混合薄膜中,P3HT的XRD峰强有较大的不同。其中,P3HT:IDFBR薄膜的P3HT衍射峰最强,而P3HT:IDTBR最弱。这表明IDFBR与P3HT的相容性较差,共混薄膜中P3HT存在显著自身结晶行为。而在P3HT:IDTBR中,由于IDTBR与P3HT具有良好的相容性,因此降低了活性层中P3HT自身的结晶,进而形成非常粗糙的表面形貌。2.3 P3HT:NFA器件光伏性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机太阳电池效率突破18%（英文）[J]. 刘启世,江宇凡,金柯,秦建强,许金桂,李文婷,熊骥,刘金凤,肖作,孙宽,杨上峰,张小涛,丁黎明. Science Bulletin. 2020(04)
本文编号：3543313
【文章来源】：太原理工大学学报. 2020,51(06)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
P3HT:NFA器件归一化衰减曲线
为了进一步考察P3HT:NFA薄膜形貌之间的差异,通过AFM和XRD对三种固体薄膜的表面形貌以及内部结晶性进行表征。图3是P3HT:NFA薄膜的AFM图谱。可以看到,三种薄膜的形貌差别较大,其中,P3HT:FBR薄膜的表面呈无规纳米粒子聚集状(图3(a)),薄膜的表面均方粗糙度(RMS)为3.74 nm。相比之下P3HT:IDFBR薄膜的表面较为平整(RMS=2.76 nm),且P3HT纳米纤维清晰可见[22],这表明IDFBR与P3HT共混时IDFBR并不能改变P3HT的结晶。P3HT:IDTBR薄膜表面则呈现块状形貌,无明显的P3HT纳米纤维结构,薄膜具有较大的表面粗糙度,其RMS达到13.14 nm,表明IDTBR与P3HT具有较好的分子相容性,IDTBR的掺入明显地改变了P3HT的结晶性,推测形成了共混结晶相。由此可知,不同受体材料对于P3HT在成膜过程中的结晶行为有较大的影响。图4是P3HT:NFA薄膜的XRD图谱,从图可以看出,三种固体薄膜都在5.4°处检测出P3HT的XRD特征衍射峰,对应的晶格间距d为1.61 nm.这一衍射峰位置与P3HT:PC61BM的衍射峰位置相一致,对应P3HT分子的(100)晶面[23]。因此在这三个NFA体系中,微纳尺度下P3HT依然形成自身的结晶。然而,在这三种混合薄膜中,P3HT的XRD峰强有较大的不同。其中,P3HT:IDFBR薄膜的P3HT衍射峰最强,而P3HT:IDTBR最弱。这表明IDFBR与P3HT的相容性较差,共混薄膜中P3HT存在显著自身结晶行为。而在P3HT:IDTBR中,由于IDTBR与P3HT具有良好的相容性,因此降低了活性层中P3HT自身的结晶,进而形成非常粗糙的表面形貌。
图4是P3HT:NFA薄膜的XRD图谱,从图可以看出,三种固体薄膜都在5.4°处检测出P3HT的XRD特征衍射峰,对应的晶格间距d为1.61 nm.这一衍射峰位置与P3HT:PC61BM的衍射峰位置相一致,对应P3HT分子的(100)晶面[23]。因此在这三个NFA体系中,微纳尺度下P3HT依然形成自身的结晶。然而,在这三种混合薄膜中,P3HT的XRD峰强有较大的不同。其中,P3HT:IDFBR薄膜的P3HT衍射峰最强,而P3HT:IDTBR最弱。这表明IDFBR与P3HT的相容性较差,共混薄膜中P3HT存在显著自身结晶行为。而在P3HT:IDTBR中,由于IDTBR与P3HT具有良好的相容性,因此降低了活性层中P3HT自身的结晶,进而形成非常粗糙的表面形貌。2.3 P3HT:NFA器件光伏性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机太阳电池效率突破18%（英文）[J]. 刘启世,江宇凡,金柯,秦建强,许金桂,李文婷,熊骥,刘金凤,肖作,孙宽,杨上峰,张小涛,丁黎明. Science Bulletin. 2020(04)
本文编号：3543313
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