烷基二硫醇掺杂提高窄带隙聚合物.ppt

1、烷基二硫醇掺杂提高窄带隙聚合物太阳能电池的效率,朱斌,目录,研究背景及意义,高电荷分离效率,可溶液中加工,低制造成本,可涂覆与柔性基板,薄膜太阳能电池： 无机柔性太阳能电池 染料敏化柔性太阳能电池 聚合物/有机柔性太阳能电池,CIGS、CdTe、ZnS、FeCuS2,共轭聚合物/富勒烯,有机太阳能电池作为一种新型的电池，以其独有的特点，不断的吸引着更多的人投入到这个领域的研究和开发中来。其发展速度之快也得益于其独有的优点和特性。 化合物分子可设计性 材料轻便 制造加工成本低 样式多样化 便于制造大面积柔性电池,当然目前来看有机太阳能器件仍有不少缺点 材料迁移率低，高体电阻，从而导致能量转换率低

2、。 材料稳定，耐久性不够好，电池寿命短。 当然从目前世界上有机太阳能研究的状况来看虽然存在这些缺点，但是相对于制造无机电池的高昂代价来讲，无机太阳能的研究仍旧有很强大的生命力。,研究现状,有机太阳能电池是一种正在进行研究的新型电池。有机太阳能电池这个概念貌似很新，但其实它的历史也不短跟硅基太阳能电池的历史差不多 。 第一个有机光电转化器件是由Kearns和Calvin在1958年制备的，其主要材料为镁酞菁(MgPc)染料，染料层夹在两个功函数不同的电极之间。在那个器件上，他们观测到了200 mV的开路电压，光电转化效率低得让人都不好意思提 。,1986年，柯达公司的邓青云博士. 光电转化效率达

3、到1左右。时至今日这种双层膜异质结的结构仍然是有机太阳能电池研究的重点之一。 1992年，土耳其人Sariciftci发现，激发态的电子能极快地从有机半导体分子注入到C60分子而反向的过程却要慢得多1993年，Sariciftci在此发现的基础上制成PPV/C60双层膜异质结太阳能电池。此后，以C60为电子受体的双层膜异质结型太阳能电池层出不穷。 研究人员在此类太阳能电池的基础上又提出了一个重要的概念：混合异质结(体异质结),体异质结太阳能电池：施主材料和受主材料的界面不在是界面，它们混在一起形成复杂的界面 施主材料：给出电子、吸收空穴、共轭聚合物 受主材料：吸收电子、给出空穴、富勒烯,施主材

4、料,受体材料,1、电子给体吸收光子形成激子 2、激子扩散到给体/受体界面上 3、在界面上激子分离为自由电子和空穴 4、自由载流子在内建电场作用下移动到两个电极上。,研究现状,1.有机材料的吸光能力-迄今最有效的体相异质结采用P3HT和C61-PCBM 存在问题：P3HT和C61-PCBM吸光光谱较窄 2.载流子迁移效率-过去几十年，利用后续热处理控制体相异质结形貌来提高转换效率，退火的应用允许材料进行重新的组织形成一定的晶态和良好的双联通结构，进而改善迁移率 存在问题：有可能热处理无效,科研思路及实验方法,有机材料的选择： 给体材料：P3HT PCPDTBT 受体材料：C61-PCBM C71

5、-PCBM 调查使用稳定烷链硫醇金纳米粒子在聚合物太阳能电池中的应用，发现加入少量烷基硫醇，可以改善P3HT/PCBM的相分离-提供不需要热处理就可以控制体相异质结材料形貌的可能性,改进,改进,科研思路,实验方法,ITO,glass substrat,PCPDTBT/C71-PCBM,ITO,glass substrat,PCPDTBT/C71-PCBM,AL,10mg/mlPCPDTBT 20mg/mlC71-PCBM 24mg/ml不同烷基二硫醇 溶于氯苯,ITO,glass substrat,表征： 1：紫外可见光吸收光谱、红外光谱和拉曼光谱 2 PCPDTBT:C71-PCBM器件的I

6、-V特征图谱 3 a.光电转换效率图谱 b.PCPDTBT:C71-PCBM器件的I-V特征图谱 4 AFM 观察形貌,紫外-可见光吸收光谱,PCPDTBT/C71-PCBM,1,8-辛基二硫醇,1,6-己基二硫醇,1,4-丁基二硫醇,1,3-丙基二硫醇,红外光谱与拉曼光谱表征 结果表明室温下，真空干燥十分钟后，膜上无醇硫残留。,PCPDTBT/C71-PCBM器件I-V特征图谱,PCPDTBT/C71-PCBM,1,4-丁基二硫醇,1,6-己基二硫醇,1,8-辛基二硫醇,PCPDTBT/C71-PCBM光电转换效率图谱,退火处理的P3HT/C61-PCBM,PCPDTBT/C71-PCBM,

7、1,8-辛基二硫醇,参考图谱,未退火的P3HT/C61-PCBM,PCPDTBT/C71-PCBM器件I-V曲线,1,8-辛基二硫醇,未掺杂,XRD谱图 未经硫醇处理和经过硫醇处理的PCPDTBT/C71-PCBM混合物都没有结晶的迹象。因此效率的提高有可能是由于异质结处形貌的变化导致载流子产生效率和载流子的寿命提高。,PCPDTBT/C71-PCBM膜AFM形貌图谱,1,8-辛基二硫醇,1,6-己基二硫醇,1,4-丁基二硫醇,1,9-壬二硫醇,无添加,总结,研究预测通过改善活性层形貌，PCPDTBT基器件能显著提高电流量和填充因子。在热处理已经对异质结太阳能电池的形貌不起作用时，现在提供了一种操作简单的改变异质结形貌的方法。通过在窄能隙聚合物和富