摘要
有机太阳能电池（OSCs）由于材料的可溶液加工、选择范围广泛、可化学调控各方面性能，同时器件的质轻、柔性、成本低、可大批量生产等优点成为光伏器件领域的一个重要发展方向。有机太阳能电池中单节与串联OSCs的光电转换效率当前已经分别发展到19%与20%以上，主要离不开以下几个方面：有机光电材料（活性层、层间界面材料）的不断推陈出新和器件加工策略的不断优化进步。本篇论文中我们主要针对器件加工工艺中的三元策略和层间界面材料进行了优化器件性能的研究： 一、以富勒烯衍生物为第三组分来提高吡喃类受体器件的光伏性能 制备三元器件已经被证明是改善OSCs光伏性能的一种简单但是非常有效的策略。在本文研究中，我们用一个给体聚合物PBDB-T和两个小分子受体Ph-DTDP-TIC和PC71BM制备了高效的三元OSCs。通过引入富勒烯受体PC71BM作为第三组分，与宿主受体配合，三元组分可以形成阶梯式能级排列，以增强非富勒烯受体Ph-DTDP-TIC和PC71BM之间的电荷转移，从而改善三元OSCs中的电荷分离和收集效率。研究结果同时也证明：PC71BM作为第三组分可以改善活性层的形貌，形成合适的微纳相分离尺度。比较而言，两种二元器件（PBDB-T:Ph-DTDP-TIC和PBDB-T:PC71BM）表现出中等的功率转换效率（PCEs）分别为8.80%和6.74%。而优化后的PBDB-T:Ph-DTDPTIC:PC71BM三元器件通过在受体中加入40%的PC71BM第二受体，可产生大幅度提高的11.07%的光电转换效率，这是因为我们的策略同时提高了JSC（17.57mA/cm2）和FF（70.90%）。我们的工作表明以PC71BM作为第三组分的三元策略可以促进电荷转移和传输，进而显著改善器件性能却不增加成本。 二、发明了一种在OSCs中表现良好的简单的低成本阴极界面新材料 本论文研究了一种低成本的苝二酰亚胺二磷双溴化铵阴极层间界面材料（称为CIL-4），其光伏性能与公认的聚芴类化合物PFN-Br相当。与PFN-Br不同，CIL-4易于制备，并可在高极性溶剂如水、甲醇和DMF中溶解良好，表现出15.08%的PCE和更加持久的器件稳定性。此外，由于CIL-4仅需一步合成，并且易于提纯，所以非常具有低成本的性价比优势。研究发现，CIL-4也更倾向于通过一个简单的溶液加工过程形成一个高质量的无定形超薄薄膜。飞秒瞬态吸收（TA）实验证实了在n型电子受体Y6和n型光电自掺杂的CIL-4之间发生明显的确切的电荷转移现象。紫外光电子能谱UPS证明CIL-4可以有效地构筑偶极双电层降低阴极的功函数高达360meV，从而形成良好的阴极活性层欧姆接触，这种现象有利于载流子的快速传导和收集，避免了电子积累弊端，从而显著提高了器件的光电转换效率。本文研究表明，苝二酰亚胺二磷双溴化铵在光电领域是一种高效的高性价比阴极界面修饰材料，具有可期的商业化应用前景，我们为CIL-4申请了国家发明专利。
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