【摘要】：近年來,非富勒烯聚合物太陽能電池(NF-PSCs)成為國內(nèi)外能源科學(xué)和材料領(lǐng)域的研究熱點,這得益于非富勒烯受體材料尤其是n-型有機半導(dǎo)體材料(n-OS)的飛速的發(fā)展。目前,研究的焦點是如何進一步提高NF-PSCs的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE),并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本論文主要圍繞寬帶隙氟取代聚合物給體材料(PM6)與窄帶隙小分子非富勒烯受體材料共混制備高效率的NF-PSCs,探索器件的各性能參數(shù)與活性層材料的特性和共混薄膜的微觀形貌之間的相互關(guān)系,以及制備并探究了大面積、柔性NF-PSCs的光伏性能,取得的主要研究成果如下:1.以氟取代的寬帶隙聚合物給體材料PM6和小分子非富勒烯受體ITIC為研究對象,制備有機光伏器件并對器件性能進行研究。其中,PM6作為聚合物給體材料,具有較寬的光學(xué)帶隙(1.8 eV)和較低的HOMO能級(-5.50 eV),以及較強的結(jié)晶性和以Face on取向為主的分子結(jié)構(gòu)。經(jīng)過器件優(yōu)化,在DIO和熱退火的協(xié)同作用下,基于PM6:ITIC的活性層獲得了寬而強的光譜吸收,平衡的空穴/電子遷移率和良好的相分離尺寸,從而光伏器件獲得了高達9.7%的能量轉(zhuǎn)化效率;同時獲得了高達1.04 V的V_(oc)和16.0 mA cm~(-2)的Jsc。值得注意的是,PM6和ITIC之間的HOMO能級差(ΔE_(HOMO))僅有0.10 eV,仍然可以獲得高效的空穴傳輸;且能量損失(E_(loss))低為0.51 eV。9.7%的能量轉(zhuǎn)換效率是基于V_(oc)大于1 V且E_(loss)小于0.55 eV的非富勒烯聚合物太陽能電池中文獻報道的最高值。2.為了進一步提高光伏器件的能量轉(zhuǎn)化效率,我們使用結(jié)晶性更強的窄帶隙非富勒烯受體IDIC為受體,以PM6為給體,共混制備非富勒烯聚合物太陽能電池。其中,PM6和IDIC的能級匹配、吸收互補且PM6具有較強的結(jié)晶性和π-π堆積的分子結(jié)構(gòu);所以,基于PM6:IDIC體系在活性層不需要任何特殊處理的情況下簡單制備的PSCs就可以獲得高達11.9%的PCE,同時獲得了高達0.97 V的V_(oc)、17.8 mA cm~(-2)的J_(sc)以及69%的FF。11.9%的PCE是當(dāng)時文獻報道的單結(jié)PSCs中不需要后處理的最高效率。同時,為了研究該聚合物太陽能電池的實際應(yīng)用潛力,我們制備了不同活性層厚度和不同器件面積的聚合物太陽能電池,發(fā)現(xiàn)在活性層膜厚范圍為95-255 nm、器件面積為0.20-0.81 cm~2之間時均可以獲得超多11%的能量轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)器件面積高達1.25 cm~2時,初步優(yōu)化的柔性聚合物太陽能電池依然收獲了6.54%的能量轉(zhuǎn)換效率。上述結(jié)果表明,該活性層體系適用于高效柔性大面積器件的簡單(無后處理)制備,一定程度上推動了聚合物太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進程。
【圖文】：

年來發(fā)展起來的一種新型光伏技術(shù)，其核心是利用高分子/有機光電轉(zhuǎn)換材料將光轉(zhuǎn)換成電能。與傳統(tǒng)的無機半導(dǎo)體光伏材料相比，，有機太陽能電池具有質(zhì)量輕、成低、制備工藝簡單、可制備柔性和半透明器件等突出優(yōu)點；尤其是薄、輕、柔是無半導(dǎo)體太陽能電池不可替代的優(yōu)點（如圖 1.1 所示），被視為最有希望取代傳統(tǒng)石能源的新能源電池之一[1-3]。

溶性/C60衍生物的“本體異質(zhì)結(jié)”（bulk he池由 Heeger 研究組的俞鋼等發(fā)明，從而使的的電荷分離效率低的問題得以解決[7]。因見圖 1.2）可以有效地提高了能量轉(zhuǎn)換效率體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)來研究有機太陽能電池的性
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4

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本文編號：2607466