基于富勒烯衍生物电子受体的聚合物太阳能电池的研究

摘要

聚合物太阳能电池具有制备过程简单、成本低、质量轻、可制备成柔性器件等优点成为了备受瞩目的研究热点。目前有机聚合物太阳能电池的发展仍受到很多因素的制约，在光电转换效率、光谱响应范围、电池的稳定性方面都需要进行大力改进才能推进有机聚合物太阳电池的商业化进程。近年来对于聚合物太阳能电池的给体材料研究的比较多其可选择的范围也比较广，但光伏特性优异的电子受体材料研究的却比较少，目前使用最普遍的电子受体是PC61BM。本文从研究不同富勒烯衍生物为受体材料入手，基于P3HT作为电子给体的体异质结太阳能电池，研究不同富勒烯衍生物为电子受体材料对器件性能的影响；并通过对聚合物太阳能电池的工作原理以及损耗机制的分析，我们知道聚合物材料和活性层微观形貌是影响器件性能的两大要素，因而本文主要通过两个方面来对器件进行改进：一是采用不同的富勒烯衍生物为受体材料增强器件对光子的吸收强度、扩大光谱响应范围以及优化给/受体能级结构，提供更合适的能级匹配，来提高开路电压；二是采用不同浓度的添加剂来优化活性层薄膜的形貌从而提高聚合物太阳能电池的能量转换效率；提供更合适的能级匹配，提高开路电压。得到的主要结论如下：
　　1.以C70的衍生物PC71BM取代PC61BM做电子受体材料制备的器件扩大了可见光的吸收范围和增加了活性层的吸收系数，器件的光电流增加，导致短路电流明显增大，从而提高聚合物太阳能电池的能量转换效率。
　　2.采用LUMO相对较高的新型茚加成C60的衍生物ICBA、ICMA为电子受体材料制备的器件和PC61BM相比，开路电压的明显提高，使得器件的能量转换效率与PC61BM相比有了近15％以上的提高。
　　3.用1，8-二碘辛烷(DIO)作为添加剂，促进了P3HT和富勒烯衍生物的相分离使P3HT：PC61BM、P3HT：PC71BM和P3HT：ICMA三个体系活性层的微观形貌均得以改善，提高了载流子的传输，使器件的短路电流增大，从而提高了太阳能电池的性能。