【摘要】：聚合物太陽能電池由于其具有質輕、成本低、柔性、可溶液加工、易于實現(xiàn)大面積工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點,受到了越來越多科研工作者的關注。近年來,通過開發(fā)新型的給受體材料,優(yōu)化器件制備工藝以及界面工程等方法,單節(jié)太陽能電池的能量轉化效率已達到14%。盡管聚合物太陽能電池的性能得到了大幅度的提升,但是與傳統(tǒng)電池相比,其能量轉化效率以及器件的穩(wěn)定性方面還需要進一步的提高。其中,夾在電極和活性層之間的界面緩沖池對器件的效率和穩(wěn)定性有著重要的影響。氧化鋅(ZnO)作為目前應用最廣泛的陰極緩沖層材料,具有合適的能級、良好的透光性、高穩(wěn)定性和低制備成本等優(yōu)點。然而,ZnO也存在一些弊端,例如表面缺陷、納米粒子易團聚、純ZnO導電性較低,不利于制備厚膜。另外,無機ZnO脆性較大,不易制備柔性器件等。本文主要圍繞對氧化鋅陰極緩沖層進行改性,提高陰極緩沖層的導電性,改善活性層與陰極緩沖層之間的能級匹配,提高電荷的選擇性,減少載流子的復合和提高電子遷移率,同時,通過引入帶功能基團的聚合物摻雜來改善無機ZnO的脆性提高其耐彎折性及與上層活性層的粘結性,并將其作用于反向有機太陽能電池中,提高器件的能量轉化效率,主要包括以下幾個部分:采用低溫無配體法合成鋁摻雜氧化鋅(AZO)納米粒子,同時,引入含有不同數(shù)量的氨基的表面活性劑:乙醇胺(EA)、乙二胺(EDA)、二乙烯三胺(DETA)和三乙烯四胺(TETA)來進一步提高納米粒子的穩(wěn)定性和導電性。表面活性劑中的氨基與AZO納米粒子表面的羥基形成氫鍵提高其分散穩(wěn)定性。另外,表面活性劑的氨基中的富電子可轉移到AZO納米粒子表面,提高導電性。實驗證明,通過添加表面活性劑可以有效地鈍化AZO的表面缺陷,抑制界面處的載流子復合,降低AZO的功函從而優(yōu)化AZO和受體非富勒烯小分子ITIC及富勒烯衍生物受體PC_(71)BM之間的能級匹配。值得注意的是,氨基的數(shù)量會影響AZO的能級及導電性。因此,基于合適氨基數(shù)量的表面活性劑DETA改性的AZO陰極緩沖層的反向太陽能電池具有更優(yōu)異的光電轉換效率。當AZO-DETA陰極緩沖層厚度達到80 nm時,基于非富勒烯體系(PBDB-T:ITIC)的太陽能電池效率為10.7%,并且當AZO厚度達95 nm時效率仍可保持10%。制備這種高導電性且厚度不敏感的AZO陰極緩沖層有利于卷對卷大面積印刷柔性有機太陽能電池。為了提高無機界面緩沖層自身的耐彎折性,我們通過低溫溶液法制備鋁摻雜氧化鋅(AZO)前驅體溶液,同時加入聚多巴胺溶液(PDA)制備AZO:PDA這種具有特殊功能的陰極緩沖層。與原始的AZO相比,引入PDA擁有以下幾個優(yōu)勢:(1)可以鈍化并修復AZO的表面缺陷;(2)PDA可以通過與AZO納米晶體形成氫鍵從而將納米粒子相互連接,有效地提高AZO的耐彎折性;(3)由于PDA特殊的粘附性使得AZO:PDA陰極緩沖層與上層活性層之間有良好的粘結作用。這種高導電性、厚度不敏感且具有優(yōu)異的耐彎折性和粘附性功能的AZO:PDA陰極緩沖層,使基于PBDB-T:ITIC體系的器件效率達到10.3%且具有更好的穩(wěn)定性,并為今后實現(xiàn)大面積柔性可穿戴光電器件的制備和應用提供了可能。
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4
【圖文】：

正向結構的聚合物太陽能電池及電荷分離傳輸過程；(b, d)反向結構的聚合物太池及電荷分離傳輸過程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 聚合物太陽能電池的相關性能參數(shù)合物太陽能電池的性能主要是通過電流-電壓（J-V）曲線表示（如圖

圖 1.2 聚合物太陽能電池的電流-電壓(J-V)曲線Figure 1.2 Current density-voltage (J-V) of polymer solar cell物太陽電池的界面調控

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