摘要
有机太阳能电池（OSCs）由于其质量轻、柔韧性强和可以卷对卷制备的巨大应用前景而受到极大的关注和广泛的研究。随着高效光活性材料和界面材料的发展，正式结构的非富勒烯OSCs（NF-OSCs）的能量转换效率（PCE）已达到18%以上。然而，正式结构器件中高酸性和亲水性的PEDOT:PSS影响了器件的长期稳定性。由于具有垂直相分离和优异的长期稳定性，倒置结构器件中的阴极界面层（CIL）引起了人们的极大兴趣。目前，人们通过NF-OSCs的界面工程在提升器件的PCE、稳定性和商业化生产等方面贡献了突出的研究成果。本文主要从在倒置结构的NF-OSCs中得到广泛应用的CIL材料氧化锌（ZnO）入手，通过对ZnO进行修饰和钝化，制备出高效的NF-OSCs并提升其稳定性。在此基础上，制备出对修饰比例不敏感的CIL材料。论文主要的研究内容包括： （1）在溶胶-凝胶ZnO中引入小分子有机物6-氨基己酸（6-ACA）制备6-ACA修饰的ZnO（6-ACA-ZnO）CIL材料。基于PM6:Y6的NF-OSCs，以6-ACA-ZnO作为CIL时，制备出PCE为16.50%（平均PCE为16.35%）的器件，其PCE远远高于原始ZnO器件的15.31%。此外，将6-ACA-ZnO应用于富勒烯OSCs，三元OSCs和其他NF-OSCs中，也表现出优异的器件性能。与原始ZnO相比，6-ACA-ZnO表面功函数显著降低，这有效地降低了界面能垒，增强了载流子传输。同时6-ACA钝化了ZnO表面缺陷，抑制了载流子复合。通过电学特性和薄膜形貌研究分析了器件中JSC、FF和稳定性提升的原因。此外，NF-OSCs器件对6-ACA-ZnO的修饰比例不敏感，有望运用于商业化生产。结果表明，6-ACA-ZnO是一种能有效提高NF-OSCs性能和稳定性的CIL材料，并具有光明的应用前景。 （2）小分子交联剂DL-硫辛酸（DLTA）易交联自聚合，基于PM6:Y6的NF-OSCs，以DLTA修饰溶胶-凝胶ZnO（DLTA-ZnO）作为CIL，制备出PCE为16.62%（平均PCE为16.50%）的高性能器件，其PCE远远高于原始ZnO器件的15.40%。DLTA显著降低了ZnO表面功函数，促进电子传输并有效阻挡了空穴。同时，DLTA钝化了ZnO表面氧空位缺陷，抑制了载流子复合。通过XPS、电学特性和薄膜形貌的研究分析了器件中JSC、FF和稳定性提升的原因。DLTA-ZnO粗糙的薄膜表面能增大CIL与活性层接触面积，有利于载流子的传输。此外，DLTA-ZnO使疏水的活性层薄膜更加疏水，提升了界面稳定性。基于DLTA-ZnO的NF-OSCs表现出优异的稳定性。结果表明，DLTA-ZnO能够作为一个有效的CIL实现高效稳定的NF-OSCs。
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