异质结聚合物太阳能电池性能的影响.pdf

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r旷1的PCBM混合(都溶于氯仿)，配成MEH-PPV；PCBM活性层厚度对体异质结聚合物太阳能电池性能的影响刘晓东，张福俊’，徐征，赵谡玲，宋晶路，厉军明，宋丹丹，王永生引言1实验过程摘要制备了MEH—PPV(poly[2一methoxy-5一(2'-ethylhexyloxy)一l，4-phenylenevinylene])和PCBM(1-(3一第30卷，第7期0年7月光谱学与光谱分析mehyloxycarbonyl)propyl—phenyl[6，63C61)共混体系的聚合物太阳能电池。通过改变MEH-PPV：PCBM(质量比为1：4)混合溶液的浓度及旋涂时的转速来改变活性层的厚度，研究了器件性能随活性层厚度的变化。当旋涂速率小于4r·rnin-1时随着厚度的减小，开路电压没有明显的变化，基本在0．8V左右，但短路电流呈现单调上升的趋势，填充因子略有下降。当旋涂速率大于5r·rainl时，开路电压和短路电流都开始下降。其中，开路电压从5r·rIlin_1时的0．78V下降到8r·rain-1时的0．67V，短路电流更是从5r·rainl时的3．96mA·CIn-2下降到8r·rain-1时的1．76mA·cm-2。短路电流受光吸收和载流子传输两方面的共同影响，而活性层厚度的变化使得这两方面的影响产生相悖的效果。活性层越厚，光生激子数越多，但同时内建电场变弱，而且激子解离后得到的载流子传输到相应电极的距离越长，载流子被电极收集的概率减小。开路电压的降低则源于激子在MEH—PPV和PCBM与相应电极界面处解离比重的增加。关键词聚合物太阳能电池；有机电子学；激子解离中图分类号：043；0469文献标识码：AIX)I：10．3964／j．issn．1000—0593(20lO)07—1752-04有机聚合物太阳能电池由于具有成本低、重量轻、可制成柔性器件以及易于大面积生产等优点，已经受到了越来越广泛的关注[1]。1995年，Yu等[2]制备了MEH-PPV和C∞(或PcBM)共混体系的太阳能电池，大大增加了给体和受体的接触界面，而且可以形成良好的互穿网络结构，有效地提高了器件性能。2005年，Reyes-Reyes[3]等通过对P3HT：PcBM进行退火处理，并严格控制退火温度和时间，制备了功率转换效率接近5％的器件。2007年，Heeger小组[4]更是利用叠层结构，将光电转换效率提高到目前最高的6．5％。界面处的能级结构及表面形貌是影响有机光电子器件的一种重要问题，它直接涉及到有机电致发光中两种载流子在界面的复合效率及有机太阳能电池中激子的解离情况[5’6]。虽然有机聚合物太阳能电池拥有众多的优点，但相比于硅基下的无机太阳能电池，过低的功率转换效率(P(、E)制约了它的进一步发展口]。太阳能电池的光电转换效率主要决定于4个方面：吸收太阳光，产生激子的效率；激子在界面解离为自由载流子的效率；自由载流子传输到相应电极的效率以及电极收集电荷的效率【8]。而活性层的厚度直接影响了太阳光的吸收、激子的解离以及自由载流子的传输，因此是影响器件性能的关键参数。本文对这一参数进行了详细的研究，并得出了一些很有意义的结论。实验中所有器件都是在ITO玻璃衬底上(ITO厚度为25nlTl，方块电阻为60n／口)制备的。使用前，依次用丙酮、酒精以及去离子水进行超声清洗，然后用氮气吹干。接着对nD表面臭氧处理lOmin。PEIX)T；PSS是在2rain-1的转速下旋涂40S制备的，并在大气环境下对其120℃热处理10min。将5rag·mL_1的MEH-PPV和102andSpectralAnalysisV01．30，No．7，ppl752—1755July，2010北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室，北京100044收稿日期：2009-08-18。修订日期：2009-11-22基金项目：国家自然科学基金项目(60978060，10804006，10974013，10774013)，教育部博士点基金项目(20090009110027，20070004024)，博士点新教师基金项目(20070004031)，北京市科技新星计划项目(2007A024)，北京市自然科学基金项目(1102028)，国家杰出青年科学基金项目(60825407)和北京市科委项目(D090803044009001)资助作者简介：刘晓东，1986年生，北京交通大学理学院光电所博士研究生e-mail：08118347@bjtu*通讯联系人e-mail：fjzhar。[e-mail]01Spectroscopy000rIlg·edu．cIlr·
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