界面緩沖層修飾的聚合物太陽能電池性能研究.pdf

1、聚合物太陽能電池具有重量輕、成本低、可用濕法成膜（如旋涂、滾筒印刷等方式）大面積制造，以及可做成柔性器件等優(yōu)點，越來越受到人們的關注，已成為近些年熱門研究領域之一。隨著新型受體和給體材料的發(fā)展，近年來聚合物太陽能電池的能量轉換效率得到不斷的提升。另一方面，通過引入合適的緩沖層（陰極緩沖層或陽極緩沖層）可以促進電荷的傳輸和收集，從而進一步提高電池的效率。本論文集中于通過引入新型界面緩沖層提高基于P3HT:PCBM體系的體相異質結聚合物太陽

2、能電池的能量轉換效率，開展了以下兩個方面的工作:
　　 1.第一次將聚乙烯毗咯烷酮(PVP)作為非共軛聚合物陰極緩沖層引入到基于P3HT:PCBM體系的體相異質結聚合物太陽能電池中，顯著地提高了電池器件的能量轉換效率(PCE)。對比和分析了通過兩種成膜方式（直接旋涂和自組裝）將PVP引入到光活性層與Al電極之間的效果。在直接旋涂工藝的優(yōu)化條件(3000rpm)下，所得到體相異質結聚合物電池器件ITO/PEDOT:PSS/P3HT

3、:PCBM/PVP/AI的最高PCE達3.9％，相比起未引入PVP的參比電池的提高幅度為2g％。實驗結果表明PCE的提高主要是由短路電流(JSc)增大引起的，說明PVP陰極緩沖層的引入增加了陰極對電荷的收集能力。PVP陰極緩沖層的引入對提高電池的各性能參數的影響可歸結為以下三個方面:(l)活性層P3HT:PCBM與Al電極之間形成了界面偶極層;(2)PVP與Al電極中的Al原子發(fā)生化學反應;(3)增加了Al電極薄膜表面的粗糙度。作為對比

4、，我們還研究了將PVP直接摻雜到P3HT:PCBM溶液中進行旋涂，在成膜過程中PVP通過自組裝形成陰極緩沖層。在優(yōu)化的工藝條件（3％摻雜）下，電池的PCE僅提高13％。這一結果表明通過直接旋涂的方法引入PVP陰極緩沖層對電池PCE提高的幅度比利用自組裝的方法高，因此說明即使直接旋涂增加了一步旋涂工藝，但其提供了一種簡單而更為有效的方法增加聚合物太陽能電池的能量轉換效率。
　　 2.通過有機溶劑N,N二甲基甲酰胺(DMF)處理PE

5、DOT:PSS陽極緩沖層，基于P3HT:PCBM體系的聚合物太陽能電池的能量轉換效率得到了很大程度提高。DMF處理PEDOT:PSS陽極緩沖層主要有兩種方式:(1)DMFl:4混合原始的PEDOT:PSS溶液;(2)直接旋涂DMF在原始的PEDOT:PSS陽極緩沖層上。其中方法(2)的效果最為顯著，器件結構為ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al的電池通過直接旋涂DMF（3000轉/秒）處理PEDOT:PSS陽極緩沖層后，