论文部分内容阅读
作为新兴能源之一，有机太阳能电池因其低成本，低污染，重量轻和灵活性而成为研究热点。但由于低效率和稳定性较差等问题制约了其商业应用，有许多方法可以提高器件效率，例如开发新的供体，受体材料，优化电池工艺和引入电子传输层。目前，用在有机太阳能电池的电子传输层一般为无机金属氧化物，比如ZnO和Cs2CO3等。这些无机电子传输层具有导电性强和较强的传输电子能力，但因为活性层是有机物，ZnO和活性层形成的欧姆接触较差。因此，在本文中，我们引入共轭有机物作为有机太阳能电池的电子传输层，相对于无机类的阴极插入层，有机电子传输层在极性溶剂中具有良好的溶解性，易于实验和工业中的器件制备，而且通过引入不同的基团可以获得多变的有机材料，能有效地避免无机材料的单一性。包括以下内容：
1、通过Suzuki-Miyaura反应制备两种不同分子量的吡咯并吡咯烷酮共聚芴衍生物(PDTFN-L和PDTFN-H)。我们将聚合物溶解到活性层中取代无机电子传输层的作用，简化操作程序和降低电池的制备工艺成本。因为聚合物分子中的烷基保证了和活性层之间良好的接触性。此外，器件内建电场得到增加，相应地提升了开路电压，主要是因为聚合物中的氮原子能和ITO的氧原子相互作用，ITO的功函数被明显降低。我们发现在去除了ZnO电子传输层后，电池的效率比使用ZnO电子传输层更高，达到3.62%。
2、合成了三种具有不同侧链修饰的苝二酰亚胺衍生物(PDIH，PDIC和PDIN)，反应原料是1，7-二溴代苝二酰亚胺衍生物和不同苯酚衍生物，通过取代反应得到。将PDIH和PDIC构建不含无机电子传输层的太阳能电池，发现效率都比ZnO的要低，跟其活性层粗糙度较高有关，并且通过紫外光电子能谱测试得知，ITO的功函数降低并不明显，导致PDIH和PDIC电池的效率不高。而PDIN则取代ZnO作为有机电子传输层，在适当提高活性层粗糙度和降低ITO的功函数的同时，还能分别提高空穴传输效率和内建电场的协同作用下，最终使电池的效率达到3.12%。
3、合成了联苯二酰亚胺和萘二酰亚胺衍生物(LBI-S、NDI-S、DA-LBI和DA-NDI)，四种化合物在极性溶剂如甲醇或水中具有较好的溶解性，而且不会被氯苯溶解，能有效防止旋涂活性层时溶剂的侵蚀作用。连接了磺基甜菜碱的LBI-S和NDI-S的电池效率比连接了甲基丙烯酸酐DA-LBI和DA-NDI的低，这主要是因为后两者能使活性层更平整，而且经过紫外光处理后，烯烃官能团发生交联反应并形成聚合物。此外，DA-LBI和DA-NDI使ITO功函数降低的程度更大,获得较大的内建电场，相应地开路电压升高。
1、通过Suzuki-Miyaura反应制备两种不同分子量的吡咯并吡咯烷酮共聚芴衍生物(PDTFN-L和PDTFN-H)。我们将聚合物溶解到活性层中取代无机电子传输层的作用，简化操作程序和降低电池的制备工艺成本。因为聚合物分子中的烷基保证了和活性层之间良好的接触性。此外，器件内建电场得到增加，相应地提升了开路电压，主要是因为聚合物中的氮原子能和ITO的氧原子相互作用，ITO的功函数被明显降低。我们发现在去除了ZnO电子传输层后，电池的效率比使用ZnO电子传输层更高，达到3.62%。
2、合成了三种具有不同侧链修饰的苝二酰亚胺衍生物(PDIH，PDIC和PDIN)，反应原料是1，7-二溴代苝二酰亚胺衍生物和不同苯酚衍生物，通过取代反应得到。将PDIH和PDIC构建不含无机电子传输层的太阳能电池，发现效率都比ZnO的要低，跟其活性层粗糙度较高有关，并且通过紫外光电子能谱测试得知，ITO的功函数降低并不明显，导致PDIH和PDIC电池的效率不高。而PDIN则取代ZnO作为有机电子传输层，在适当提高活性层粗糙度和降低ITO的功函数的同时，还能分别提高空穴传输效率和内建电场的协同作用下，最终使电池的效率达到3.12%。
3、合成了联苯二酰亚胺和萘二酰亚胺衍生物(LBI-S、NDI-S、DA-LBI和DA-NDI)，四种化合物在极性溶剂如甲醇或水中具有较好的溶解性，而且不会被氯苯溶解，能有效防止旋涂活性层时溶剂的侵蚀作用。连接了磺基甜菜碱的LBI-S和NDI-S的电池效率比连接了甲基丙烯酸酐DA-LBI和DA-NDI的低，这主要是因为后两者能使活性层更平整，而且经过紫外光处理后，烯烃官能团发生交联反应并形成聚合物。此外，DA-LBI和DA-NDI使ITO功函数降低的程度更大,获得较大的内建电场，相应地开路电压升高。