【摘要】：聚合物太陽能電池(PSCs)作為有效利用太陽能的光電器件之一,目前的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)已攀升到15%,但是其PCE仍遠(yuǎn)低于理論值。常見的PSCs器件有正裝和倒裝兩種結(jié)構(gòu),且研究表明在這兩種結(jié)構(gòu)里加入性能優(yōu)良的界面修飾層都可以顯著提升器件PCE以及穩(wěn)定性,因此激發(fā)了人們對界面修飾材料的研究熱情。高分子材料聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)是最普遍使用的陽極界面層材料,而n型半導(dǎo)體氧化鋅(ZnO)是最普遍使用的陰極界面修飾層材料。本論文通過對這兩種界面材料的研究來調(diào)控界面層/有機(jī)活性層的特性從而提升PSCs器件性能,具體內(nèi)容如下:(1)通過酸摻雜(有機(jī)三氟乙酸(TFA)和金氯酸(HAuCl_4))調(diào)控PEDOT:PSS分子結(jié)構(gòu),使導(dǎo)電的PEDOT和絕緣的PSS~-產(chǎn)生垂直相分離,明顯提升導(dǎo)電性和功函數(shù),而在此過程中原位合成的納米金顆粒(Au NPs)能形成表面等離子體共振(LSPR),與酸處理的協(xié)同作用可進(jìn)一步提升電導(dǎo)率,之后分別將不同酸處理的PEDOT:PSS應(yīng)用在PSCs的陽極界面修飾層(AILs),發(fā)現(xiàn)酸摻雜可顯著提升器件PCE和穩(wěn)定性,P3HT:PC_(61)BM基PSCs器件PCE從3.02%提升到了最優(yōu)的4.08%,而PTB7:ICBA基的PSCs器件PCE從5.88%提升到了8.05%。(2)采用溶液生長法合成了可控的氧化鋅納米陣列(ZnO NRAs),并在其上用連續(xù)離子層吸附反應(yīng)(SILAR)法成功包覆Bi_2S_3,發(fā)現(xiàn)Bi_2S_3的包覆不僅可以提高ZnO NRAs的結(jié)晶性,減少表面缺陷,還可以改變有機(jī)活性層(P3HT)的結(jié)晶性,增強(qiáng)光吸收和激子分離。在這里,ZnO NRAs/Bi_2S_3作為陰極界面修飾層(CILs)的P3HT:PC_(61)BM基PSCs器件PCE可從2.39%提升至3.57%;PTB7:PC_(71)BM基IPSCs器件PCE可提升30.12%達(dá)到6.35%。(3)首次通過n型半導(dǎo)體鉍氧硫(Bi_2O_2S)溶液直接對ZnO NRAs表面進(jìn)行處理,減少了ZnO NRAs表面缺陷、增強(qiáng)了ZnO NRAs和有機(jī)活性層的能級匹配,提高電荷傳輸效率;之后將ZnO NRAs和不同濃度處理的ZnO NRAs/Bi_2O_2S應(yīng)用在PSCs的CILs。發(fā)現(xiàn)P3HT:PC_(61)BM基器件PCE可從2.47%提升到3.61%,而ITIC:PDBD-T基PSCs器件PCE可從7.76%提升至9.89%。(4)首次通過窄帶隙n型半導(dǎo)體鉍氧二硫(Bi_2OS_2)溶液直接對波紋狀ZnO NRAs表面進(jìn)行處理,增大CILs與活性層接觸面積、提高了有機(jī)活性層(PTB7)的結(jié)晶性,從而增強(qiáng)光吸收和激子傳輸與分離;發(fā)現(xiàn)純ZnO NRAs作為CILs的PTB7:PC_(71)BM基和ITIC:PBDB-T基器件PCE分別為5.51%和8.03%,而ZnO NRAs/Bi_2OS_2作為CILs的PTB7:PC_(71)BM基器件PCE可達(dá)到7.31%,ITIC:PBDB-T基PSCs器件可至9.94%;且器件壽命顯著提高。
【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
【圖文】：

第一章 緒論性層材料與電極之間由于功函數(shù)不同，會在活性層與電極之間形成阻礙電極對的肖特基接觸。此時，電荷容易被電極和活性層的界面捕獲從而損傷了 PSCs。界面工程的引入更容易在電極和有機(jī)活性層之間建立歐姆接觸，從而改善電率[21]，使激子在內(nèi)建電場作用下走向兩極，即陽極收集更多的空穴，陰極收集子，減少漏電流。因此，界面工程可有效解決活性層與電極材料直接接觸帶來響。

為了更好的收集和提取空穴甚至阻擋電子，AILs 一般具有和給體材料的 HOMO 能級匹配的高功函數(shù)而且需要跟給體材料形成良好的歐姆接觸。同時，AILs 的材料本身應(yīng)該具有較少界面的缺陷、較高的光學(xué)透明性，應(yīng)用到 PSCs 器件中才能保證不明顯增加甚至減少界面電阻[24]。經(jīng)過多年的不斷探索，科學(xué)家們已開發(fā)出多種 AILs 材料，包括過渡金屬氧化物（氧化鉬（MoO3）[25]、PEDOT:PSS[26,27]和氧化石墨烯及其衍生物[28,29]等。高分子聚合物 PEDOT:PSS 作為已成品化的 AILs 材料，組分為 PSS（聚苯乙烯磺酸鹽）和 PEDOT（（3，4-乙烯二氧噻吩單體）的聚合物）。雖然透光 PEDOT:PSS 受熱穩(wěn)定性高、加工制作靈活，但是 PEDOT:PSS 仍然有一些缺點(diǎn)與不足[26,30]。PEDOT:PSS 具有弱酸性，對基底可能有一定的損傷；而其中的 PSS 是一種絕緣物質(zhì)，導(dǎo)致 PEDOT:PSS電導(dǎo)率的降低。另外，對于常見的有機(jī)活性層來說，PEDOT:PSS 的功函數(shù)（Wf）偏低（4.9-5.1eV），會產(chǎn)生一定的能級勢壘。目前，為了提高 PEDOT:PSS 的性能，研究者們主要集中于幾個方向，包括提升或降低 PEDOT:PSS 的 pH[31]、重組 PEDOT:PSS[26,32]和改善 PEDOT:PSS 的低電導(dǎo)率等[33,34]。

華南理工大學(xué)碩士當(dāng)光電轉(zhuǎn)換過程完成后，其光伏性能即輸出特性一線表示，包括暗導(dǎo)曲線和光導(dǎo)曲線。在暗導(dǎo)條件下即當(dāng)外加電壓超過閾值電壓時，器件導(dǎo)通；滿足： = exp( ) 其中，JD是暗導(dǎo)電流密度，JS反向的電流密度（飽V 是外加電壓，T 是室溫。而光導(dǎo)條件下，BHJ PSCs 器件等效圖如圖 1-4阻（Rs）和并聯(lián)電阻（Rsh）是不可忽略的因素，所 = exp( ( ) ) 1其中，Jph衡量光生電流密度�；钚詫�、界面和電

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本文編號：2781674