【摘要】：太陽能電池作為最具潛力的可再生能源技術(shù)之一,吸引了人們的廣泛研究。特別是有機(jī)太陽能電池(OSCs),因廉價的材料、無污染等獨特優(yōu)勢備受關(guān)注。由于有機(jī)材料的吸收范圍較小,吸收太陽光的能力有限,疊層和三元OSCs等不同結(jié)構(gòu)的器件被開發(fā)出來。三元器件較疊層器件制備工藝簡單而被廣泛研究。利用多種材料吸收光譜的互補(bǔ)性,結(jié)合較好的制備工藝,制備高性能三元OSCs。本論文以制備高效率三元OSCs為目標(biāo),重點研究第三組分材料的選擇技巧。通過研究第三組分的摻入對器件在光子俘獲、激子解離、載流子傳輸和收集等方面的影響,制備出高效率三元OSCs,并澄清機(jī)理。針對不同的體系,本論文提出了三種不同的選材方案,成功制備了相應(yīng)的OSCs。內(nèi)容如下:(1)選擇以吸收光譜的互補(bǔ)性為基礎(chǔ),兩個給體或受體具有相似的結(jié)構(gòu)和較小的(HOMO/LUMO)能級差,結(jié)合兩二元器件(具有相同給體或受體)都能很好的工作(較高的填充因子(FF)、光電轉(zhuǎn)化效率較(PCE))的材料為第三組分。根據(jù)此方法,成功制備了以J71:MeIC2:ITIC為有源層的雙受體OSCs。當(dāng)J71:ITIC中摻入20%的MeIC2時,最優(yōu)器件的PCE從10.7%提升到了 11.6%,主要歸因于第三組分的摻入增強(qiáng)了光子的俘獲以及優(yōu)化了相分離尺度和形貌。(2)提出了一種有效的選材方案,利用兩二元器件光伏參數(shù)的互補(bǔ)性選擇第三組分。本方案同樣滿足(1)中提到的兩給體/受體具有相似的結(jié)構(gòu)和較小的(HOMO/LUMO)能級差等兼容性問題。根據(jù)此方法,成功制備了以PTB7-Th:IT-4F:IEICO-4F為有源層的雙受體OSCs。通過向主體系中摻入25%的IT-4F,使器件的PCE從10.74%提升到了 11.78%。以第三組分作為形態(tài)調(diào)控劑,優(yōu)化了有源層的形貌,減少了界面陷阱,使器件的FF的大幅度增加。最優(yōu)器件71.12%的FF是目前以IEICO-4F為受體的所有OSCs中的最高值。通過第三組分的摻入優(yōu)化了分子排布,提高了器件性能的穩(wěn)定性。利用三元策略將兩種器件光伏參數(shù)的優(yōu)點結(jié)合成一種器件,是一種新的可行性選材方案。(3)提出以吸收光譜的互補(bǔ)性和兩二元器件光伏參數(shù)的互補(bǔ)性相結(jié)合選擇第三組分。吸收光譜的互補(bǔ)性提高有源層對光子俘獲;利用兩二元器件光伏參數(shù)的互補(bǔ)性優(yōu)化有源層的形貌和相分離尺度。根據(jù)此方法,成功制備了以PBDB-T-2F:IT-2F:T6Me為有源層的雙受體OSCs。以PBDB-T-2F:T6Me與PBDB-T-2F:IT-2F為有源層制備OSCs的光伏參數(shù)互補(bǔ),且兩器件的PCE12%。通過向主體系PBDB-T-2F:T6Me中摻入50%的第三組分IT-2F,最優(yōu)的三元OSCs的PCE達(dá)到13.36%,較兩個二元器件12.09%和12.33%有顯著的提升。通過兩種選材方法的結(jié)合,既大大增強(qiáng)了光子的俘獲又優(yōu)化了形貌,是一種更為可靠、有效的選材方案。
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引言逡逑２０１８年，，侯劍輝研究員報道的基于ＰＭ６：ＩＴ－４Ｆ體系制備的ＯＳＣｓ的ＰＣＥ達(dá)到１４．４％。逡逑圖１－１描述的是太陽能電池的最新研宄進(jìn)展，隨著效率的不斷刷新，為ＯＳＣｓ的產(chǎn)逡逑業(yè)化發(fā)展邁出了重要一步。逡逑Ｂｅｓｔ邋Ｒｅｓｅａｒｃｔ＞＊Ｃｅｌｌ邋Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ逡逑邐邐邐—一＊．逡逑＾邐４＊３８－逡逑ａ邋ｉ－邋？糖５邐料邐＇似邋ｊｗ邋（ｖ邋ｉ？＜－邐邐邐＜ｉｒ＾ｌｉ＜￣Ｊｗ邋■■邐４ｔＳＳＳＳｆ＾逡逑ｔ邋栜嫩軟物■？：邐＆邐她：，yU＇邋辦喻邐ＪＴ＊！邐｜逡逑？ｒｌＳＥ＊￣．邐Ｌ，逡逑Ｉ：－邐？逡逑＜ｒ邋＾邐欲邐Ｉ逡逑■■：邋＿＿＿．邐ｉ邋■，■，．�。澹驽�；邋＜？．邋＾邋？．？邋ｆ邐ｉ邐．邋（邋ｙ．邋．，邋－．．；，，＜邋ｉ邋ｉ邋，邋，邋，邋＜邋Ｖ逡逑麟

本文編號：2593021