有机太阳能电池二维界面修饰材料研究

【作者】 陈翔；

【机构】 安徽工业大学材料科学与工程学院；

【摘要】 石墨烯等二维材料因其特殊的层状结构和优异的光学电学性能而被作为界面修饰材料广泛应用于有机太阳能电池中。氧化石墨烯常用于替代传统酸性的PEDOT:PSS作为阳极界面修饰材料,但其功函数较低,不利于空穴的提取和收集,故须对其进一步修饰,以提高其功函数。我们采用简单的五氧化二磷溶于甲醇中旋涂在氧化石墨烯表面作为阳极界面修饰层,提升了氧化石墨烯的功函数和空穴收集能力,显著提升有机太阳能电池的能量转换效率,在三种不同的光活性层体系PTB7:PC₇₁BM,PBDTTT-C:PC₇₁BM和P3HT:PC₆₁BM的正型体相异质结聚合物太阳能电池的能量转换效率分别达到7.85%, 6.56%和3.75%,相对于氧化石墨烯得到了大幅提升,达到与基于PEDOT:PSS相当的能量转换效率。为开发新型二维界面修饰材料,我们将二维的层状双金属氢氧化物MgAl-LDHs作为阴极界面层用于替代传统的ZnO,发现在PBDTTT-C:PC₇₁BM活性层体系中电池器件的能量转换效率达到6.31%,高于ZnO作为阴极界面层5.95%的电池效率;我们还将石墨相氮化碳量子点用于修饰ZnO作为阴极界面层,改善了ZnO的形貌并降低了其功函数,这有利于电子的收集和传输,在PBDTTT-C:PC₇₁BM,PTB7:PC₇₁BM和PTB7-Th:PC₇₁BM三种不同光活性层体系的反型体相异质结聚合物太阳能电池的能量转换效率分别达到了7.03%,8.47%和9.29%,与基于未修饰的ZnO参比电池器件相比分别提升了约20.0%,12.2%和11.1%。更多还原