电共轭聚电解质作为空穴传输层

用于高效有机太阳能电池

郑海旺,赵 琦,徐海涛

(南昌航空大学材料科学与工程学院,江西 南昌 330000)

    摘 要: 开发高性能且厚度不敏感的空传但输材料是实现高效稳定有机太阳能电池的关键。设计并合成了2种具有自掺杂效应的共轭聚电解质,即PCB-BT和PCB-Ph,研究了PCB-BT、PCB-Ph和PEDOT:PSS自掺杂行为的影响、空穴提取能力及对器件光伏性能的影响。研究结果表明,与 PEDOT:PSS 修饰的器件的功率转换效率(9.18%)相比,用PCB-BT 修饰的有机大阳能电池表现出更出色的功率转换效率(10.07%):PCB-BT具有更强的自掺杂效应,表现出良好的空穴迁移率和较深的能级,满足理想空穴传输层的要求。

    关键词: 有机太阳能电池;共轭聚电解质;厚度不敏感;功率转化效率;自掺杂效应

       0 引言

       能源问题是制约21世纪社会经济发展的全球性问题，传统化石能源会在未来逐渐被消耗殆尽。而太阳能因取之不尽、用之不竭等特点,备受各国研究者青睐。目前无机太阳能电池已经投入生产使用，但因其加工过程复杂，成本高昂，污染严重，其应用受到一定的限制^[4-5]。而有机太阳能电池具有成本低、可溶液加工^[6-8]、可实现大面积印刷生产和柔韧性好^[9-11]等优点，显示出巨大的商业价值和研究价值。

      然而有机太阳能电池的功率转换效率还远远落后于硅基太阳能电池，为了提高功率转换效率，研究人员在活性层与电极材料间引人界面修饰层或电极修饰层。目前，空穴传输材料主要包括无机空穴传输材料和有机空穴传输材料2类。常用的有机空穴传输材料是聚3.4-乙烯二氧基噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)，由于其具有合适的能级以及优异的改性能力，所以可以有效降低界面势垒，促进空穴的提取与收集，但是PEDOT:PSS具有酸性强、易于吸湿、导电率较低等缺点。

      为解决 PEDOT:PSS 酸性的问题，已经研究出了多种中性空穴传输材料。其中共轭聚电解质已成为一类有前途的界面材料，不仅具有良好的光伏性能，还可通过溶液处理改善光伏性能。同时，共轭聚电解质可以通过改变主链或侧链的组成，实现对光学性能、电学性能、聚集形态、溶解性能的调控。共聚电解质的上述优势为开发性能优良的新型空穴传输材料提供了机会，基于此，设计并合成了2种基于咔单元的新型共轭聚电解质，即PCB-BT和PCB-Ph，研究自掺杂行为的影响、空穴提取能力及对器件光伏性能的影响。

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