【摘要】：有機太陽能電池在過去幾年中的迅猛發(fā)展得益于新型非富勒烯受體材料的不斷發(fā)展,目前器件效率最高的已經(jīng)突破了16%,效率的突破也為有機太陽能在未來的應(yīng)用鋪平了道路。而要實現(xiàn)真正商業(yè)化離不開大面積加工的技術(shù)問題以及光穩(wěn)定性的問題。因此,本文的兩個主要的工作分別是圍繞著這兩個問題而展開的。首先,為了簡化傳統(tǒng)倒裝器件結(jié)構(gòu)加工步驟,我們在活性層溶液中加入陰極界面材料n型聚合物PF3N-2TNDI,在電極襯底氧化銦錫(ITO)上直接旋涂這種共混溶液,制備出來的器件性能可以比擬使用氧化鋅做電子傳輸層的器件�；赑TB7-Th:PC_(71)BM體系,通過該策略制備的器件的最優(yōu)的效率可以達到8.83%。我們通過對界面材料以及給受體的表面能進行測試,發(fā)現(xiàn)界面材料的表面能是大于給受體的,這表明界面材料和ITO的作用強于給受體與ITO的作用,因此在旋涂過程中界面材料會在ITO側(cè)形成了一層電子傳輸層,從而達到簡化加工工藝的目標。通過XPS測試,也驗證了我們的推測。這個工作可以簡化加工工藝,避免了一些不能做厚的界面難以在大面積中應(yīng)用,為未來OPV的卷對卷加工提供了一些解決思路。然后,為了解決目前非富勒烯體系的有機太陽能電池光照穩(wěn)定性比較差的問題,我們預(yù)想通過提高活性層薄膜形貌的光照穩(wěn)定性來提高整個器件的光照穩(wěn)定性。首先,我們通過在氧化鋅界面上自組裝形成一層C_(60)-SAM來修飾氧化鋅,一方面可以鈍化氧化鋅的表面缺陷;另一方面可以改變和活性層接觸的襯底的表面能來調(diào)控活性層的形貌。通過光照穩(wěn)定性測試可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過修飾后的器件光照穩(wěn)定性是明顯得到了提升,通過GIWAXS測試可以看到在C_(60)-SAM襯底上沉積的薄膜的結(jié)晶是弱于氧化鋅襯底的,同時也更加接近老化后薄膜的較弱的結(jié)晶情況,從而達到了穩(wěn)定活性層形貌以及器件性能的目的。為此,我們考慮結(jié)晶的弱化是否能夠進一步提升器件的光照穩(wěn)定性,我們測試發(fā)現(xiàn)綠色溶劑鄰二甲苯加工的薄膜的結(jié)晶弱于氯苯的,于是我們將鄰二甲苯溶劑加工和C_(60)-SAM界面修飾相結(jié)合制備出的薄膜的結(jié)晶在幾個加工條件中是最弱的,在光照穩(wěn)定性測試之下,我們可以看到器件的光照穩(wěn)定性大幅度提升,通過對器件2000個小時的測試曲線進行擬合,可以得到T_(80)數(shù)值為33930 h。通過這個工作我們知道溶劑選擇以及界面修飾可以通過影響有機薄膜的形貌來提高器件的光穩(wěn)定性,不僅為我們提高器件的光穩(wěn)定性提供了新的思路,同時為未來OPV的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1-1 聚合物太陽能電池的正裝結(jié)構(gòu)和倒裝結(jié)構(gòu)示意圖[10]。Fig. 1-1 Device architecture of conventional OPVandinvertedOPV共混異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的有機太陽能電池的工作機理可以通過以下四個過程[11]來實現(xiàn)，如圖 1-2 所示：（1） 吸收光子并且產(chǎn)生激子的過程。有機半導(dǎo)體材料在光照的條件下會吸收能量大于其帶隙的光子，，處于激發(fā)態(tài)的電子會從最高占據(jù)軌道（HOMO）躍遷到最低未占據(jù)軌道（LUMO），從而在 HOMO 上產(chǎn)生空穴空位，LUMO 上產(chǎn)生電子。這樣產(chǎn)生的電子和空穴對會有很大的束縛能[12]，主要原因是有機半導(dǎo)體材料本身的低的介電常數(shù)，而這樣的具有大的束縛能的電子空穴對稱為激子。（2） 激子擴散到給受體界面。激子作為有強束縛能的電子空穴對，由于其本質(zhì)上顯現(xiàn)的電中性使得其不受器件內(nèi)建電場的影響，而激子的移動主要是靠擴散。相比較于雙層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的器件，共混異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的器件中由于相互貫穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大大增加了給體和受體的相對接觸面積，從而在一定程度上增加了激子在復(fù)合之前

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文和空穴會在器件內(nèi)建電場的作用下分別向陰極和陽極移動。有機太陽能電池中活性層和電極之間的接觸會影響電荷的收集效率，當活性層中給體材料的最高占據(jù)軌道（HOMO）和陽極的功函數(shù)匹配，受體材料的最低未占據(jù)軌道（LUMO）和陰極的功函數(shù)匹配的情況下，可以說它們之間接觸就是歐姆接觸，此時電荷收集效率達到最大值。但是活性層和電極之間的能級匹配達到歐姆接觸的條件難度不小，為了盡量減小這部分的損失，界面修飾起到了很重要的提升電荷收集的作用陰極界面修飾材料降低了陰極的功函數(shù)；陽極界面修飾材料增大了陽極的功函數(shù)從而為盡可能地實現(xiàn)歐姆接觸進而優(yōu)化器件的各性能參數(shù)指標起到了重要的作用[14]。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB34;TM914.4

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