【摘 要】
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当今世界不断地发展,能源消耗和环境污染也随之加重,开发无污染、可再生的新能源是与新时代背景下社会经济发展的需求相契合的,因此众多的可再生新型能源应运而生,其中太阳能占据着极高的社会应用地位,它来源于太阳内部的聚变辐射,具有辐照范围广、存储量巨大、可以就地取材且对环境无污染等优点。太阳能电池的发展使之成为太阳能利用较为直接的方式,其中,有机太阳能电池因其材料来源广、生产工艺简单、成品重量轻、可以通过
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当今世界不断地发展,能源消耗和环境污染也随之加重,开发无污染、可再生的新能源是与新时代背景下社会经济发展的需求相契合的,因此众多的可再生新型能源应运而生,其中太阳能占据着极高的社会应用地位,它来源于太阳内部的聚变辐射,具有辐照范围广、存储量巨大、可以就地取材且对环境无污染等优点。太阳能电池的发展使之成为太阳能利用较为直接的方式,其中,有机太阳能电池因其材料来源广、生产工艺简单、成品重量轻、可以通过卷对卷生产制备柔性电池等优点成为了光伏领域研究的热点,其能量转化效率已经超过了17%,但有机太阳能电池距达到大规模商业化生产仍有一定的差距。对有机太阳能电池进行界面修饰是提高有机太阳能电池能量转化效率的可行方法,可以通过在电极与光活性层界面处制备界面修饰层,其主要作用在于能够有效减少界面缺陷,改善电极功函数使之与光活性层能级相匹配,加快载流子的传输等,从而使有机太阳能电池的性能得到改进。本论文主要围绕阴极界面修饰展开研究,具体内容如下:1.我们通过使用Sn O2/Alq3薄膜作为一种双阴极界面层,制备出结构为ITO/Sn O2/Alq3/P3HT:PC61BM/Mo O3/Ag的有机太阳能电池,与使用Sn O2单阴极界面层的器件相比,能量转化效率从3.09%提升到了4.08%。插入Alq3层之后,Sn O2薄膜的表面平整性和疏水性得到提高,与光活性层之间的界面接触和能级匹配得到改善;Sn O2/Alq3双阴极界面层结构使器件的整流特性提升,漏电流和内部串联电阻降低,增强了器件的电子传输能力,同时使光生载流子的复合得到抑制,器件获得了的更高的短路电流和填充因子,从而使器件的效率得到改善。2.我们制备了以Sn O2/Ca F2作为双阴极界面层的有机太阳能电池,其结构为ITO/Sn O2/Ca F2/PCDTBT:PC71BM/Mo O3/Ag。通过蒸镀的Ca F2薄层对Sn O2阴极界面层进行修饰,提升了有机太阳能电池的性能,获得了能量转化效率为6.97%的器件,相比无Ca F2修饰层的器件效率提升了约20%。有机太阳能电池能量转化效率的提升可归因于Sn O2/Ca F2双阴极界面层更高的电子抽取能力和导电性,使器件获得了更低的漏电流和等效串联电阻;Ca F2层的引入可在Sn O2层与光活性层之间形成偶极层,调节了界面处的功函数和能带势垒,提高了电子传输效率,减少了光活性层与Sn O2界面处的载流子复合。此外Ca F2层还提升了Sn O2层表面的疏水性,从而改善了Sn O2层与光活性层之间的相容性。结果表明,采用Ca F2修饰Sn O2阴极界面层是提升有机太阳能电池性能的一种简单有效的方法。
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