给受体共混质量比对P3HT:PCBM薄膜结构和器件性能的影响

以聚3-己基噻吩(P3HT)为给体、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)为受体的光伏体系作为研究对象,采用溶剂退火的后处理方法制备薄膜样品,利用紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)等测试手段分别对共混膜样品的形貌和结构进行表征,同时利用熵值统计方法对AFM形貌图像进行分析处理.并在此基础上制备太阳能电池器件,其结构为氧化铟锡导电玻璃/聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐/聚3-己基噻吩:[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯/金属铝(ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al),研究了给受体共混比例(质量比)对活性层薄膜以及电池性能的影响.结果表明,受体PCBM含量的增加会影响P3HT给体相的有序结晶,当给受体比例为1:1时,活性层薄膜具有较宽的紫外-可见吸收特征,且具有较好的相分离和结晶度,基于该样品制备的电池器件其光电转换效率达到三种比例的最大值(2.77%).表明退火条件下,改变给受体比例可以影响活性层的微纳米结构而最终影响电池的光电转换效率.     

基底温度对刮涂制备的P3HT:PCBM薄膜形貌和光伏电池性能的影响

研究了刮涂制备P3HT:PCBM(P3HT:聚3-己基噻吩,PCBM:[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯)活性层的过程中,基底温度对P3HT:PCBM活性层薄膜性质和电池性能的影响.结果表明,提高基底温度在缩短薄膜干燥时间的同时,抑制了PCBM相的大尺度聚集,并改善了P3HT:PCBM薄膜中P3HT在(100)方向上的结晶程度,但降低了π-π共轭方向上的有序度.制备的光伏电池经过进一步退火处理后可形成良好的互穿网络结构,能量转换效率可达3.93％.     

利用相容剂调控聚噻吩/富勒烯共混薄膜形貌

选择含有噻吩环的富勒烯衍生物([6,6]-噻吩基-C61-丁酸甲酯(TCBM-Cn,n代表在噻吩环5位的烷基链碳原子数))作为聚3-己基噻吩(P3HT)和[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)共混体系的相容剂,讨论了结晶能力不同的TCBM-Cn分子对共混体系相容性和P3HT结晶行为的影响.当使用强结晶性的相容剂TCBM-C0时,虽然不能完全抑制PCBM的聚集,但由于分子中噻吩环结构的存在,少量的相容剂即可提高P3HT的结晶度.而对于弱结晶性的相容剂TCBM-C6,虽然可以完全抑制PCBM的聚集,但是只有当其含量超过PCBM时,最终才能达到促进P3HT结晶的目的.     

喷涂法制备大面积倒置聚合物光伏器件

采用喷涂工艺制备了结构为ITO/ZnO/P3HT∶PCBM/V2O5/Ag(P3HT:聚噻吩;PCBM:6,6-苯基-C61-丁酸甲酯)的大面积倒置光伏器件,有效面积为1.0×1.1 cm2。 光谱测试结果表明,退火处理后,P3HT∶PCBM薄膜吸收显著增强,并且产生一定程度的红移。 采用ZnO和V2O5代替LiF和PEDOT∶PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸盐)作为器件修饰层,避免了PEDOT∶PSS对ITO的腐蚀和LiF潮解,采用Ag代替Al作为金属背电极避免了Al被氧化。 经过后退火处理器件的效率从1.1%提升至1.65%。 器件的稳定性相对于传统结构有了大幅提升,8周后器件效率只衰减10%。     

用CdSe/ZnS量子点提高体异质结有机太阳电池的效率

通过掺杂吸收光谱在可见光波段的量子点可提高聚合物对可见光的吸收,因此掺杂CdSe/ZnS核-壳结构量子点(CQDs)能提高聚(3-己基噻吩):[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(P3HT:PCBM)体异质结太阳电池的能量转换效率.本文研究了CdSe/ZnS量子点在P3HT:PCBM中的不同掺杂比例及其表面配体对太阳电池光伏性能的影响,优化器件ITO(氧化铟锡)/PEDOT:PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸)/P3HT:PCBM:(CdSe/ZnS)/Al的能量转换效率达到了3.99%,与相同条件下没有掺杂量子点的参考器件ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al相比,其能量转换效率提高了45.1%.     

加入NPB提高P3HT:PCBM聚合物太阳能电池光伏性能

研究了在聚3-己基噻吩(P3HT)和[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)共混薄膜中加入第三组分N,N’-二苯基-N,N’-(1-萘基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺(NPB)对器件性能的影响。实验发现:加入NPB可以促进P3HT:PCBM本体异质结的生长,进而提高器件的光伏性能,当NPB浓度为0.4mg/mL时,能量转换效率(PCE)从1.05%提高到1.64%。NPB的加入使P3HT在可见光范围内吸收增强,特别是在560nm和610nm处的吸收强度明显增大;扫描电子显微镜(SEM)研究结果表明,NPB的加入增大了P3HT与PCBM的相分离程度,提高了激子分离的几率;空穴单极性电流-电压曲线证明适量NPB的加入改善了薄膜空穴传输性能。     

有机半导体材料聚(3-己基噻吩)及[6,6]-苯基-C60丁酸甲酯在氯苯溶液中粒径研究

以聚(3-己基噻吩)(P3HT)为电子给体,[6,6]-苯基-C60丁酸甲酯(PCBM)为电子受体材料,制备了不同浓度活性层材料(P3HT:PCBM)的聚合物太阳能电池.通过对比电池性能参数,活性层表面形貌,进一步分析了氯苯溶剂中有机半导体材料的分散规律,并讨论了溶液温度和浓度对溶质粒径的影响,以及粒径大小对器件性能的影响.结果表明,溶液中溶质直径在4000 nm左右的粒子占有较大比例,溶液的浓度和温度对溶液中粒子的粒径有明显的影响,浓度较低时,溶质粒径受温度影响较大.相反,温度对高浓度溶液中的溶质粒径的影响作用减小.溶液浓度为12.67 mg/mL时,分散效果最好,具有最优的填充因子,浓度为19.00 mg/mL时,具有最优的短路电流和能量转换效率.     

新型给体-受体型聚合物的合成及其在本体异质结聚合物太阳能电池中的应用

设计、合成了侧链含有强吸电结构的丙二酸二丁酯受体单元与苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩给体单元交替共聚物PBDTDT,研究了其热学、光学、电化学性质以及与受体PC71BM([6,6]-苯基C71丁酸甲酯)共混作为活性层制备成本体异质结聚合物有机太阳能电池的光伏性质,考察了PBDTDT与PC71BM不同比例时的光伏性能,当聚合物PBDTDT和PC71BM质量比为1∶3制备的器件,其开路电压达到了0.82 V,能量转换效率(PCE)为0.90%,短路电流为3.25 mA/cm2,填充因子FF为0.338,同时将其与同等工艺制备的poly(3-hexylthiophene)(P3HT)太阳能电池的光伏性能进行比较,相同工艺下制备的P3HT电池的开路电压仅为0.55 V,由PBDTDT制备的电池开路电压比P3HT电池的开路电压高出0.29V,同时分析了PBDTDT能量转换效率较P3HT低的原因.     

改善有机光伏器件性能的新型缓冲层

通过热蒸发在ITO阳极和聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)层之间引入一层聚四氟乙烯（PTFE）缓冲层,研究聚四氟乙烯缓冲层对基于聚3-己基噻吩:6,6-苯基-C61丁酸甲酯(P3HT:PCBM)的有机光伏器件光电特性影响。与使用PEDOT:PSS作为缓冲层的器件相比,使用聚四氟乙烯缓冲层的有机光伏器件开路电压、短路电流和光电转换效率均有所提高。器件光电性能提高的原因是由于PTFE缓冲层大量带负电荷的氟离子在ITO/PTFE界面处形成偶极子层, 改善了内建电场,从而使得空穴电荷的收集更加有利。     

平面型给-受体共轭聚合物的合成及在体异质结聚合物太阳能电池中的应用

设计合成了主链为聚2,8-{5,11-二烷基吲哚[3,2-b]咔唑}-4,7[2,5-噻吩]-二-5,6-二烷氧基-2,1,3-苯并噻二唑, 具有不同侧链的2种平面型给-受体共轭聚合物(QP-2和QP-3), 研究了其热学、光物理和光伏性质. 用聚合物-PC₇₁BM([6,6]-苯基C₇₁丁酸甲酯)共混物作为活性层构筑了本体异质结聚合物太阳能电池. 其中以QP-3为给体、以PC₇₁BM为受体的光伏电池能量转换效率最高达到2.59%, 开路电压为0.72 V, 短路电流为9.24 mA/cm², 填充因子为0.38. XRD结果表明, 平面型共轭聚合物具有较好的结晶性, 原子力显微镜(AFM)显示平面型共轭聚合物易于发生微观相分离.     

还原橙3衍生物及其聚合物光伏性能的研究

还原橙3具有稠环结构, 但是其在许多有机溶剂中的不溶性阻碍其作为光伏材料的使用. 对还原橙3进行修饰得到还原橙3的衍生物4,10-双(4-己基-2-噻吩基)-6,12-双(二氰基亚乙烯基)二氢化蒽并蒽(TCVA), 对TCVA的光电性能进行研究, 结果表明, TCVA在紫外-可见光区有较强的吸收, 循环伏安法表明TCVA的HOMO和LUMO能级分别为-6.04和-4.42 eV, 将其与P3HT共混制备太阳能电池, 其效率为0.3%. 将还原橙3衍生物作为受体单元制备D-A结构的给体聚合物聚4,10-双(4-己基-2-噻吩基)-6,12-双(二氰基亚乙烯基)二氢化蒽并蒽连2,6-双(三甲基锡)-4,4-二(2-乙基己基)二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]噻咯(PTCVADTS), 该聚合物有非常窄的带隙0.94 eV, 但是由于其LUMO能级较受体材料(6,6)-苯基-C₆₁(₇₁)-丁酸甲酯(PCBM)的LUMO能级小, 阻碍了激子的分离, 使电池器件的效率很低.     

退火处理提高P3HT:PCBM聚合物太阳能电池光伏性能

利用旋转涂膜方法制备了以P3HT:PCBM为有源层的聚合物太阳能电池, 器件结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al(氧化铟锡导电玻璃/聚二氧乙基噻吩:聚对苯乙烯磺酸/聚三已基噻酚:富勒烯衍生物/铝),研究了退火温度对聚合物太阳能电池性能的影响. 实验发现: 聚合物薄膜经过120 °C退火10 min处理后, 开路电压(V_oc)达到0.64 V, 短路电流密度(J_sc)为10.25 mA·cm^-2, 填充因子(FF) 38.1%, 光电转换效率(PCE)达到2.00%. 为了讨论其内在机制, 对不同退火条件下聚合物薄膜进行了各种表征. 从紫外-可见吸收光谱中发现, 退火处理使P3HT在可见光范围内吸收加强且吸收峰展宽, 特别是在560和610 nm处的吸收强度明显增大; X射线衍射(XRD)结果表明, 120 °C退火后P3HT在(100)晶面上的衍射强度是未退火薄膜的2.8倍, 有利于光生载流子的输运; 原子力显微镜(AFM)研究结果表明, 退火显著增大了P3HT与PCBM的相分离程度, 提高了激子解离的几率; 傅里叶变换红外(FTIR)光谱验证了退火并没有引起聚合物材料物性的变化.     

退火处理提高P3HT:PCBM聚合物太阳能电池光伏性能

利用旋转涂膜方法制备了以P3HT:PCBM为有源层的聚合物太阳能电池, 器件结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al(氧化铟锡导电玻璃/聚二氧乙基噻吩:聚对苯乙烯磺酸/聚三已基噻酚:富勒烯衍生物/铝),研究了退火温度对聚合物太阳能电池性能的影响. 实验发现: 聚合物薄膜经过120 °C退火10 min处理后, 开路电压(V_oc)达到0.64 V, 短路电流密度(J_sc)为10.25 mA·cm^-2, 填充因子(FF) 38.1%, 光电转换效率(PCE)达到2.00%. 为了讨论其内在机制, 对不同退火条件下聚合物薄膜进行了各种表征. 从紫外-可见吸收光谱中发现, 退火处理使P3HT在可见光范围内吸收加强且吸收峰展宽, 特别是在560和610 nm处的吸收强度明显增大; X射线衍射(XRD)结果表明, 120 °C退火后P3HT在(100)晶面上的衍射强度是未退火薄膜的2.8倍, 有利于光生载流子的输运; 原子力显微镜(AFM)研究结果表明, 退火显著增大了P3HT与PCBM的相分离程度, 提高了激子解离的几率; 傅里叶变换红外(FTIR)光谱验证了退火并没有引起聚合物材料物性的变化.     

一种高迁移率聚合物太阳能电池材料的合成及其器件表征

设计合成了一种中等带隙共轭聚合物,聚[N-(2-己基癸基)-2,2'-二噻吩-3,3'-二甲酰亚胺-交替共聚-5,5-(2,5-双(3-癸氧基噻吩)-2-噻吩基)-噻吩)](PBTI3T-O),其光谱吸收覆盖波长从400 nm到720 nm,具有较宽的吸收范围,同时易溶于氯苯溶剂,利于溶液加工。 PBTI3T-O与[6,6]-苯基-C71-丁酸异甲酯(PC₇₁BM)复合薄膜的空穴迁移率为5.90×10^-3 cm²/(V·s),该迁移率高于其它大部分聚合物电池给体材料。 由于PBTI3T-O较高的空穴迁移率,基于PBTI3T-O/PC₇₁BM的器件在活性层厚度为237 nm时,效率可以达到5.56%。 即使活性层膜厚进一步增加到约300 nm时,器件的效率仍能够保持其最高器件效率的97%,可见其具有在大面积加工工艺中的应用潜力。     

可溶性窄带隙芴-噻吩共轭齐聚物的合成与表征

设计并合成了新型可溶性芴-噻吩共轭齐聚物FT6CE,对该化合物的热性质、光物理性质和电化学性质进行了详细表征.以FT6CE为给体,(6,6)-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)为受体,用溶液旋涂方法制备了体异质结太阳能电池器件,发现采用体积比为2∶1的氯仿/氯苯混合溶剂制备的器件性能最好,能量转换效率达到2.15%.     

第三组分端基对非富勒烯有机太阳能电池性能的影响

<正>有机聚合物太阳能电池具有成本低、重量轻、半透明、制作工艺简单、可制备大面积柔性器件等突出优点,成为近年来的研究热点之一~1。有机太阳能电池活性层由电子给体和电子受体组成,通常采用本体异质结结构~2。富勒烯电子受体及其衍生物如[6,6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯(PC_(61)BM)和[6,6]-苯基-C_(71)-丁酸甲酯(PC_(71)BM)具有电子迁移     

可溶液加工的D-A-D型有机小分子的烷基链效应及光电性能

设计合成了3种可溶液加工的基于噻吩给体和2-吡喃-4-亚基丙二氰(PM)受体的新型Donor-Acceptor-Donor(D-A-D)型有机小分子TPT-N, TPT-S和TPT-D. 研究了噻吩给体单元上烷基链的数目对分子的溶解性、 光物理(吸收特性)、 热稳定和光电性能的影响. 结果表明, 随着烷基链的增加, 分子的溶解性增加, 成膜性能提高; 分子在溶液中的吸收光谱发生红移, 薄膜的吸收谱带变窄, 分子的最高占有分子轨道(HOMO)能级提高. 以D-A-D型有机小分子为给体, 富勒烯C₆₀衍生物-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PCBM)为受体制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/D-A-D∶PCBM/LiF/Al的体异质结太阳能电池. 研究结果表明, 基于单烷基链的TPT-S的太阳能电池具有相对较高的能量转换效率. 说明在D-A-D型有机小分子太阳能电池材料中, 烷基链的数目是决定材料性能及器件性能的重要因素之一.     

反相高效液相色谱法测定C60衍生物[6,6]苯基C61-丁酸甲酯的含量

建立了一种反相高效液相色谱方法,分离C60、其衍生物[6,6]苯基C61-丁酸甲酯和[5,6]苯基C61-丁酸甲酯及二加成物,并测定其中[6,6]苯基C61-丁酸甲酯的含量。采用C18柱(3μm,2.1×100 mm),以V(CHCl3)∶V(乙腈)=30∶70溶剂为流动相,流量0.15 mL/min,柱温35℃,检测波长350 nm,25min内即可将各种组分分离。采用外标法测定其中[6,6]苯基C61-丁酸甲酯的含量。该方法快速、简便、准确,可用于定量分析[6,6]苯基C61-丁酸甲酯。     

电沉积ZnO纳米棒阵列及共形结构杂化太阳能电池

采用电沉积法制备出ZnO致密纳米颗粒膜和不同尺寸的纳米棒阵列。通过在ZnO上旋涂p型聚合物聚3-己基噻酚(P3HT)与n型富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61丁酸甲酯(PCBM)的混合物,并蒸镀金属Ag,制备出不同结构的杂化太阳能电池。通过扫描电镜、X射线衍射、光致发光和模拟太阳光光电性能测试,对ZnO的生长条件、晶体形貌及缺陷与太阳能电池性能之间的关系进行了系统研究。结果表明,ZnO的形貌和晶体缺陷的分布对杂化太阳能电池有重要影响,避免共混聚合物与ZnO缺陷聚集区的直接接触可有效消除电流泄漏。在电池结构方面,与ZnO纳米阵列块状结构杂化太阳能电池相比,共形结构的杂化太阳能电池可有效缩短空穴到金属电极的传输距离,增大聚合物与金属电极的接触面积,光电转换效率可提升64%~101%。     

协同富勒烯和非富勒烯受体提高卟啉全小分子三元有机太阳能电池的性能

将非富勒烯受体2,2′-{(2Z,2′Z)-[4,4,9,9-四(对己基苯)-4,9-二氢-S-引达省并二噻吩-2,7-二基]双(甲基亚基)}-双-(3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二亚甲基)二丙二腈(IDIC)作为第三组分引入小分子给体卟啉二聚体ZnP2-DPP和富勒烯(6,6)-苯基-C61-丁酸甲酯(PC₆₁BM)受体体系,构建了光电转换效率达12.18%的全小分子有机太阳能电池,高于ZnP2-DPP∶PC₆₁BM的9.47%和ZnP2-DPP∶IDIC的8.82%的光电转换效率.IDIC的引入扩大了光谱的吸收范围,并且促进了给受体之间的电荷转移,使得三元共混物中可以产生更高的光电流.另外,IDIC的加入优化了共混膜的形貌,分子取向也得到了明显的调整,形成了face-on和edge-on的混合取向,从而使活性层中形成了更有利的三维电荷传输通道,促进了短路电流密度和填充因子的提高.这种策略发挥了富勒烯和非富勒烯受体的优势,从而提高了有机太阳能电池的4个参数.