N型有機電子傳輸層及其聚合物太陽能電池.pdf

1、聚合物太陽能電池（PSCs）由于其質量輕、成本低、機械性能好而且易于實現(xiàn)大面積的制備等突出優(yōu)點而受到學術界廣泛關注。經過近幾十年的發(fā)展，聚合物太陽能電池的研究已經取得了巨大的進展，目前單結太陽能電池的光電轉換效率已經突破10％。進一步優(yōu)化太陽能電池器件性能的方法主要包括設計合成新型光活性層材料以及制備更加高效的器件結構,而器件結構中的界面調控對于提高太陽能電池器件的光電轉換效率及穩(wěn)定性至關重要。優(yōu)異的界面材料不僅能夠調控活性層和電極等接

2、觸界面的能級使得更利于電荷的提取和收集，還能夠改善活性層和相應電極之間的界面接觸，最終提高器件的光電轉換效率和穩(wěn)定性。
　　本論文設計合成了兩種新型的N型有機電子傳輸層材料，希望在保證較高電荷傳輸性能的前提下，既能夠改善界面接觸，又能調控界面能級結構，從而最終提高整個電池的器件性能。首先，我們設計合成了一種既能夠自組裝又能夠聚合形成穩(wěn)定結構的反應性富勒烯衍生物EEMC。由于EEMC富勒烯球的一端接了乙氧鏈，使得其修飾傳統(tǒng)ZnO材料

3、作為電子傳輸層時，能夠與ZnO表面的羥基形成較強的氫鍵自組裝相互作用，不僅鈍化ZnO表面的電荷缺陷，還能很好改善無機材料和有機活性層之間的接觸。另外，EEMC另一端的雙鍵能夠在加熱的條件下聚合形成穩(wěn)定的網絡狀結構，這也保證了在修飾ZnO作為電子傳輸層時能夠穩(wěn)定存在不被上層有機活性層洗蝕掉。而且 EEMC本身就是含富勒烯的N型半導體具有優(yōu)異的電子遷移率，所以將EEMC修飾ZnO作為電子傳輸層應用到反式太陽能電池器件中，其光電轉換效率明顯提

4、高，而且器件穩(wěn)定性也得到顯著改善；此外，為了更加進一步的改善器件工藝優(yōu)化器件性能，我們還設計合成了另外一種N型的聚電解質PDPPNBr取代ZnO作為電子傳輸層。和傳統(tǒng)的非共軛或P型共軛電解質不同的是，我們選用吡咯并吡咯烷酮（DPP）這一典型的N型缺電子結構作為共軛主鏈，側鏈引入極性季銨鹽。PDPPNBr由于其主鏈為缺電子體系，而且共平面性好，使得其具有較好的電荷傳輸能力。而且由于其具有兩親性會在電極和活性層之間形成不對稱接觸，能夠產生利

5、于電子傳輸?shù)慕缑媾紭O。將PDPPNBr用作PSCs的電子傳輸層，能有效的提高太陽能電池的器件性能，其中以 PDPPNBr作為電子傳輸層修飾 ITO能將器件效率從7.15%（ ITO/ZnO/PTB7: PC71BM/MoO3/Ag）提高到8.02%（ ITO/PDPPNBr/PTB7:PC71BM/MoO3/Ag）。另外值得注意的，不同于傳統(tǒng)的非共軛或者 P型共軛聚電解質，這類聚電解質還具有一個出色的優(yōu)點是對厚度不敏感，其厚度在達到將近