高效率有机太阳能电池的设计、制作及光伏性能研究

摘要

有机太阳能电池（Organic solar cells, OSCs）具有材料来源广泛、质量轻、制备工艺简单、可大面积制备等优点，是一种极具应用潜力的光伏技术。为了实现OSCs实用化，进一步提高其光电转化效率（PCE）是目前研究的焦点。有机太阳能电池由电极材料、活性层材料和界面层材料组成。活性层材料和界面层材料调控对OSCs光电转化效率的提高起到至关重要的作用。合适的活性层材料可以拓宽光吸收范围，提高激子分离效率。合适的界面层材料能有效抑制激子复合，降低活性层/电极界面的接触电阻。
　　本论文拟从活性层和空穴传输界面层两个方面对OSCs进行改性，进一步提高OSCs的光电转化效率。
　　1、传统活性层由一个电子给体和一个电子受体二元共混而成。针对二元共混活性层的缺点，特别是在光吸收范围上的限制，本论文发展了三元共混活性层。本论文在PTB7:PC71BM二元共混体系基础上，加入自制小分子第三组份，拓宽活性层的光吸收范围，实现大幅提高有机太阳能的光电转化效率。本论文合成了一系列小分子第三组份，其中小分子FTR吸光范围最宽，向PTB7:PC71BM二元共混体系中加入15％ w/w的FTR后，光电转化效率从7.0%提高到8.3%。研究发现，向PTB7:PC71BM二元共混体系中加入FTR后，FTR可与PTB7发生电子转移，这能显著提高电池的短路电流。加入 FTR后，活性层的激子分离不仅发生在 PTB7与PC71BM之间，也发生在PTB7与FTR之间，这可以显著增加激子解离，促进填充因子的提高。短路电流与填充因子的提高导致OSCs光电转化效率显著提高。
　　2、界面层材料包括传输电子界面层材料和传输空穴界面层材料。其中传输空穴界面层材料发展滞后，目前商业化产品只有 PEDOT:PSS一种。PEDOT:PSS具有酸性和吸湿性，不利于器件的长期稳定。特别是绝缘的 PSS和强各向异性的PEDOT会限制电荷的传输和收集，不利于电池光电转化效率的提高。针对PEDOT:PSS的缺点，本论文开发了一系列新型的pH中性共轭聚电解质（Conjugated polyelectrolytes, CPEs）类空穴传输界面层材料。光电转化效率测试结果表明，本论文开发的CPEs可以促进活性层与电极形成欧姆接触，从而提高电池开路电压；具有高且均匀的电导率，可以提高空穴提取效率，降低激子复合，从而提高电池短路电流和填充因子；具有pH值中性的特点，从而提高器件的稳定性。使用本论文开发的CPEs作为空穴传输层，OSCs光电转化效率得到显著提高。

目录

第一章 绪论

1.1引言

1.2有机太阳能电池的结构和基本原理

1.3有机太阳能电池活性层材料

1.4有机太阳能电池的界面层材料

1.5有机太阳能电池对于活性层材料的光谱要求与优化策略

1.6有机太阳能电池对于HTL的性能要求与优化策略

1.7本文的设计思想与研究内容

第二章 三元有机太阳能电池的性能研究

2.1引言

2.2实验部分

2.3实验结果与讨论

2.4结论

第三章 P-型共轭聚电解质空穴传输层修饰有机太阳能电池性能研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3实验结果与讨论

3.4结论

第四章 结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

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致谢

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