聚合物太阳电池的电极修饰及其性能的影响

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近年来,聚合物太阳电池因具有易加工、质轻、低成本、可卷曲等优点而被人们所关注。对于倒置聚合物太阳电池而言,避免了传统正置电池结构中的PEDOT: PSS与ITO的直接接触而刻蚀ITO的问题,提高了器件稳定性。一些金属氧化物、金属盐类以及聚合物等都可以作为电子缓冲层而达到阴极修饰的作用。在这些材料中,ZnO因具备匹配的能级,高的电子迁移率,良好的透射率和稳定性以及低的成本等特性而被作为阴极修饰层广泛的应用在倒置聚合物太阳电池当中。  本论文主要围绕ZnO作为电子传输层在倒置聚合物太阳电池中的应用,通过对ZnO采用碳纳米管进行界面修饰、掺杂及表面紫外光照等方法研究了基于ZnO作为阴极界面修饰层对有机太阳电池性能的影响。具体研究内容如下:  1.采用胺基功能化的芘类分子(纳米镊子分子)对碳纳米管(unmodifiedCNTs)进行修饰和抽取,改善碳纳米管的分散性,并将芘类分子修饰的碳纳米管作为电子传输层应用在倒置聚合物太阳电池中。研究了ZnO/unmodifiedCNTs和ZnO/modified CNTs作为电子传输层以及单独ZnO作为电子传输层器件性能的对比,研究发现经纳米镊子分子修饰的CNTs具有更好的分散性并且以ZnO/modified CNTs作为电子传输层的器件性能最佳,其开路电压为0.62V,短路电流为8.7mAcm-2,填充因子为66.92%,效率达到了3.59%,与ZnO/unmodified CNTs器件相比,光电转换效率提高了53%。  2.采用AgNWs∶ZnO共混作为电子传输层,并将其应用在倒置有机太阳电池器件中,研究了不同浓度AgNWs掺杂的ZnO作为阴极修饰层对器件器件性能的影响,其器件结构为ITO/AgNWs-ZnO/P3HT∶PCBM/MoO3/Ag,对比器件结构为ITO/ ZnO/P3HT∶PCBM/MoO3/Ag。研究发现,AgNWs的引入可以在不改变活性层厚度的情况下增加活性层对光的吸收能力,且在12%AgNWs-ZnO作为阴极界面修饰层时,达到了较好的器件性能。  3.采用Mg掺杂的ZnO(MZO)作为电子传输层,研究了未掺杂和掺杂的ZnO作为电子传输层对器件性能的影响。同时研究了紫外光照处理ITO、MZO以及ITO/MZO双层对器件ITO/MZO/P3HT∶PCBM/MoO3/Ag性能的影响。研究发现Mg掺杂的ZnO器件较之未掺杂的ZnO器件的性能未有太大改善,但是对ITO和MZO尤其是对ITO/MZO双层进行紫外照射处理的器件较之未处理的器件在短路电流方面有显著的提高。对ITO/MZO双层紫外处理的器件,其短路电流达到了9.90mAcm-2,较之未处理的器件ITO/MZO/P3HT∶PCBM/MoO3/Ag的短路电流提高了31%,器件的光电转换效率达到了4.16%,相比未紫外处理的器件光电转换效率提升了41%。
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