论文部分内容阅读
近年来,有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池的器件效率得到了快速的提升。目前仍有许多科研工作者在致力于追求更高性能的太阳能电池,而研究重点主要集中在界面工程、组分工程、溶剂工程以及活性层的形貌调控等。无论是对有机太阳能电池还是钙钛矿太阳能电池来说,针对活性层的形貌优化是实现器件性能提高的一个关键性因素。本论文采用了两种不同的方式对有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池的活性层形貌进行了优化,从而实现器件性能的提升。具体研究内容如下:(1)制备三元有机太阳能电池是通过在二元体系中加入与活性层材料有互补吸收作用的第三组分来实现活性层形貌优化以及器件效率提升的一种有效策略。我们将二维共轭的新型小分子给体材料DR3TBDTTVT与PC71BM共混组成活性层后,所制备的二元有机太阳能电池获得了5.71%的器件效率。由于DR3TBDTTVT和PTB7-Th有互补的吸收光谱以及匹配的分子能级,我们把DR3TBDTTVT掺入到PTB7-Th:PC71BM体系中制备了一系列三元有机太阳能电池。其中,含有10 wt%DR3TBDTTVT的三元器件展现出了更高的电荷迁移率、减小的器件串联电阻以及更好的活性层相分离形貌,因此取得了较高的的器件效率,能量转化效率(PCE)为7.77%,开路电压(Voc)为0.77 V,短路电流(Jsc)为14.52 m A/cm2,填充因子(FF)为70.3%。三元有机太阳能电池能够很好地弥补二元器件活性层对光捕获能力的不足,本研究也为单结有机太阳能电池器件性能的改善提供了一种新材料。(2)随着对钙钛矿太阳能电池的广泛研究,钙钛矿薄膜的形貌优化已经成为了提高器件效率的一种有效手段。目前,通过在钙钛矿材料中掺杂添加剂来调控钙钛矿的结晶行为已受到了广泛的认可。在这部分工作中,我们把含有路易斯碱基团C=O的小分子DOBD掺杂到钙钛矿层中来控制钙钛矿的结晶动力学行为。实验结果表明,掺杂了DOBD的钙钛矿薄膜展现出了更大尺寸的晶粒以及更少的晶界缺陷,这有利于提高电荷的传输以及有效抑制电荷的复合。掺杂了DOBD分子的器件效率提高到17.58%,与未掺杂的器件效率(14.47%)相比有着21.5%的提升。此外,DOBD掺杂的钙钛矿太阳能电池的器件稳定性也有着显著提高。这部分研究工作表明了合适添加剂的使用可以有效提高钙钛矿太阳能电池的性能。