摘要
有机太阳能电池（OrganicSolarCells,OSCs）由于具有污染小、易制备、适用范围广的特点被认为是最有希望的可再生能源技术之一。由于给受体之间的充分接触利于激子的扩散和解离，OSCs中体异质结（BulkHeterojunction,BHJ）结构是目前最为常见的器件结构，在这种结构中引入第三种组分构建三元OSCs是常见的OSCs性能优化策略，但额外组分的引入导致形貌调控更为复杂。双层异质结结构由于其给受体之间的垂直分布更加有利于电荷传输和收集，从而有效提升器件性能，成为近年OSCs的研究热点。本文通过结合体异质结和双层异质结太阳能电池固有的优点，在不同器件结构上引入第三种组分实现性能提升。主要研究内容如下： 1.在BHJ电池的活性层上单独旋涂一层掺杂添加剂的第三组分，调控给受体在垂直方向的分布、促进电荷传输、提升器件性能。选择基于经典全聚合物体系PBDB-T:N2200的BHJ电池，在其活性层上旋涂一层小分子材料香豆素7（Coumarin7,C7），当C7浓度为0.5mg/mL时，器件功率转化效率（PowerConversionEfficiency,PCE）从初始器件的6.32%大幅提升至8.14%。形貌表征证明了C7小分子填充到聚合物的间隙中从而有效改善了给受体的垂直分布。进一步地在C7溶液中引入一定比例的添加剂DIO，当DIO比例为1%时，器件的PCE提升到8.89%。相关形貌和电学测试结果表明，DIO优化后的器件获得了更好的相分离和更平衡的电荷传输。更为重要的是，在C7溶液中引入添加剂DIO的器件经过光照和加热150min后，仍保持初始效率的82%和81%，而未优化器件仅保持71%和52%。 2.在双层异质结结构给体层中掺杂与其分子结构相似的第三种材料，调控给体层形貌、改善载流子的传输与平衡，提升器件性能。选择基于D18-Cl/Y6的双层异质结器件，通过在给体层（D18-Cl层）中加入一定比例的与D18-Cl结构相似、相容性较好的聚合物材料PTO2有效调控给体层形态。D18-Cl:5%PTO2/Y6器件实现了17.65%的PCE，相较D18-Cl/Y6对比器件（16.60%）有明显提高。形貌测试结果表明加入适当比例的PTO2可以有效调控给体层的结晶度、粗糙度、相分离等，电荷动力学测试证明该方案也更加有利于载流子的传输与平衡。同时，器件在光照和加热条件下的储存稳定性也有显著提升。 本文提出在体异质结和双层异质结的器件结构中引入第三种组分的策略，为制备高性能的OSCs提供了可行方案。
NETL