非富勒烯有机光伏电池活性层形貌调控

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kuvincent
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有机光伏电池具有质量轻、半透明、柔性、制备工艺简单以及易实现大面积溶液加工等优点,成为新一代太阳能电池的重点研究方向。研究者们发现除器件结构、界面性质以及活性层材料优化以外,给体与受体材料共混形成的活性层形貌对器件性能具有至关重要的影响。而给体与受体从溶液到薄膜这一相分离过程,却研究甚少。相同结构的材料进行匹配时,结晶时间的长短会影响活性层相区尺寸的大小。研究结果表明,相同结构不同的材料,进行体系组合时,由于材料与主溶剂的溶解性差异,导致结晶时间的不同,从而影响了形貌的变化。在给受体匹配时,除了应当注意给受体的相容性问题外,还应该考虑共混体系在相分离的结晶时间的长短。通过添加剂氟萘(FN)与添加剂1-8,二碘辛烷(DIO)调控给体PBDB-TF与受体IT4F的结晶顺序,有效构建高结晶性互穿网络结构。研究结果表明,当受体材料IT4F先结晶,给体材料PBDB-TF后结晶,PBDB-TF结晶受到IT4F的抑制,使活性层的相分离尺寸过大,结晶性有所降低。虽然结晶取向更趋向于同向利于传输,但所带来的的利弊互相抵消,因此最终性能和未处理是相当的;当PBDB-TF先结晶,削弱了小分子结晶所带来的影响,结晶生长更为完全,而IT4F能够溶解在添加剂DIO中,在DIO缓慢干燥的过程中能够进一步的结晶生长,从而削弱了PBDB-TF形成网络的限制,整体结晶性增强,因此构建了高结晶性的互穿网络结构,器件性能得到提升。通过热旋涂缩短给体与受体结晶时间,完善高结晶性的互穿网络结构,光伏器件性能因此提升。实验结果表明,通过四氢呋喃(THF)溶剂蒸汽退火的方式以及热旋涂的方式,分别延长和缩短结晶时间,改变了活性层的相区尺寸。并发现随着结晶时间的增加,相区尺寸逐渐变大。通过热旋涂的方式,缩短了给受体的结晶时间,降低了相区尺寸。由于形貌的优化平衡了载流子的迁移率,降低了双分子复合程度,填充因子因此提升。最终的器件效率由10.67%提升到12.46%.
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