溶液加工的界面层在有机太阳能电池中的应用研究

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近年来,随着化石能源的不断消耗,能源问题已经成为世界各国十分关注的重大战略问题。清洁、可持续发展的太阳能是人类理想的未来新能源。因此,可直接将太阳能转换为电能的光伏技术成为人们研究的热点。目前商业化生产的光伏器件主要基于无机半导体硅。但是,硅基器件对材料的质量要求苛刻,其制备过程和工艺较为复杂,生产过程还需要消耗大量的能源,因此价格比较高,导致其大面积的应用受到了限制。近年来,基于有机聚合物和小分子的光伏技术引起了人们的广泛关注。有机光伏器件可通过溶液法加工制备,成本低、质轻、柔性、并且能通过大面积薄膜制造技术直接获得,因此,有望成为可再生能源的新技术。随着新材料的设计、界面调控、器件结构和制备过程的优化,有机光伏器件的效率和稳定性均有了很大的提高,但相对于硅基电池还有很大的差距。因此仍需在材料、器件及工艺上实现进一步的突破。  界面修饰层对于有机太阳能电池器件效率的提高和稳定性的改善起着至关重要的作用,因此,本论文主要进行了界面层的研究工作:  1)采用溶液法制备了MoO3薄膜,详细表征了其成分、电学、光学、形貌等性能特征并将其作为阳极界面修饰层应用于有机太阳能电池。研究发现,所制备的MoO3薄膜不但可以提高器件的效率,而且还有助于器件的稳定性。  2)采用硬脂酸铯作为新的阴极界面修饰层,与没有界面层的器件相比,基于硬脂酸铯的电池的开路电压(0.728 V vs.0.647 V)、短路电流(16.05 mA cm-2 vs.15.34 mA cm-2)和填充因子(61.3% vs.54.7%)都同时得到改善,器件的光电转化效率也相应地提高了31.86%(7.16%vs.5.43%)。同时论文也对界面修饰机理进行了探讨。  3)在上述工作基础之上,将硬脂酸铯和氧化锌结合起来作为双层结构界面层用于反型结构的太阳能电池。这种电池拥有比传统结构器件更高的效率。器件的开路电压、短路电流和填充因子有了很大的提高,分别为0.736 V,17.07 mA cm-2和69.1%,因此器件的效率达到8.69%。而且器件的稳定性也大幅提升。  这些研究拓宽了有机光伏器件界面修饰层的材料体系,为界面层材料的设计提供了新的思路和方法,也为后续研究提供了一种借鉴,有利于促进新型高效聚合物电池界面材料的发展。
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