Low-temperature processed interface materials for polymer solar cells

摘要

聚合物太阳能电池具有重量轻、可采用卷对卷技术实现低成本大面积制造与全塑化制成柔性产品等优点。其最高能量转换效率己超过10%，重要性日益突出。关键界面的研究和性能调控是进一步提高聚合物太阳能电池效率的重要基础。由于低成本制备的需要，近年来在低温下可基于溶液制备的界面材料得到了重视。氧化石墨烯(GO)可通过石墨的氧化大规模、低成本制备，性能稳定、容易分散在水溶液中，是一种环境友好的材料，并已被初步证明可作为阳极界面材料应用于聚合物太阳能电池中。本文通过氧等离子体处理氧化石墨烯的方法提高了氧化石墨烯的功函，采用高功函氧化石墨烯作为阳极界面材料的聚合物太阳能电池的效率比标准器件提高了30;采用光化学氯化制备出功函可控的氯化氧化石墨烯，其最高功函超过5.2eV，达到了经典材料PEDOT:PSS的水平。采用氯化氧化石墨烯作为阳极界面材料的PBDTTTC:PC71BM太阳能电池平均效率达7.6%。进一步实验表明氯化氧化石墨烯是一种具有普适性的高性能阳极界面材料。聚电解质是聚合物太阳能电池中一类可溶液加工的高性能阴极界面材料，采用PFEOS03Na等一系列共扼聚电解质，在P3HT:PC61BM聚合物太阳能电池代替Ca作为阴极界面材料，大幅度提高了器件性能。在此基础上，采用甲醇溶剂对半导体层表面进行处理，然后再将PFEOS03Na应用于正常构型的PTB7:PCmBM聚合物太阳能电池中，通过甲醇溶剂处理与PFEOSOsNa的协同作用，制备出效率达9.1%的PTB7:PC71BM正常构型聚合物太阳能电池。