P3HTPCBM薄膜成膜过程对聚合物太阳能电池性能影响.pdfVIP

第31卷，第10期 光谱学与光谱分析 01 and 1 2 1年10月 SpectroscopySpectralAnalysis October，201 P3HT：PCBM薄膜成膜过程对聚合物太阳能电池性能的影响 周建萍1，陈晓红弘，徐征3 1．上海电力学院电力与自动化工程学院，上海200090 2．华东师范大学物理系和纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心，上海200062 3．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 t 摘要P3HTPCBM薄膜的快速和缓慢成膜过程能显著的改变异质结聚合物太阳能电池性能。通过调节 旋转时问以及薄膜退火前的间隔时问，研究了P3HT：PCBM混合薄膜缓慢生长所需最佳时间。结果表明， 在转速800r·min-1下旋涂薄膜，经过50～80S的旋涂，接着放置样牖薄膜30min以上，然后再对薄膜进 行退火处理，电池效率可以达到3％以上，而快速成膜的电池效率只有1．8％左右。合理的P3HT和PCBM 相分离促进了相应载流子的跳跃和传输，是提高电池效率的根本原因。研究结果为准确掌控缓慢生长的混 合薄膜提供了时间窗口。 t 关键词 聚合物太阳能电池；P3HTPCBM薄膜；快速成膜；缓慢成膜 中图分类号：043；0439文献标识码：A acid ([6，6]一phenylC61butyricmethylester)制成的混合体 引 言 系，其能量转化效率町以达到4％～5％L6-9]。 基于P3HT：PCBM体系的本体异质结太阳能电池， 在应对能源紧缺、全球气候变暖和环境污染等莺大问题 面前，太阳能电池作为一种清洁能源技术Ifli受到国内外青薄膜的光吸收、激子解离以及载流子传输效率。大量研究表 睐。日前，市场上主流供应的单晶硅和多晶硅太阳能电池， 明：P3HT：PCBM薄膜采用缓慢成膜、退火、改变溶剂和 因成本太高而极大限制了太阳能电池的广泛应用。有机聚合 物太阳能电池具有低成本[o．1·(kW·h)_1]、环境好、原的晶体结构，使P3HT链间作用增强，混合薄膜的吸收谱红 料来源丰富等特点，并日．能制备成柔性、轻便、半透明电池 移，并Ⅱ在改善太阳光谱吸收的同时也提高载流子传输效 等优势，吸引r国内外科学家的大力关注和研究，预计能极 大扩展太阳能电池的应用范围[1{]。如利用其柔性、轻便等5％口钆11]。Yang研究组报道：经过溶剂退火形成的高度有序 特性，有机太阳能电池能制备成便携式帐篷；利用其轻便和 结构的P3HT：PCBM薄膜，其制备成的电池效率可达 半透明等特性，它町用于制备窗户、温室蔬菜棚，甚至因其 3．6％，而没有经处理薄膜，其制备电池效率不过1．2％L103。 t 廉价特性，能制备成一次性使用的太阳能电池。 缓慢成膜的一种重要方式就是通过控制旋涂P3HT 自从1995年Heeger组引入本体异质结有机太阳能电池 PCBM薄膜旋转时间，使薄膜中保持一定量的残余溶剂，然 以来，经过十几年的研究和发展，本体异质结有机太阳能电 后让溶剂缓慢挥发掉，在挥发溶剂过程中让P3HT：P(：BM 池结构仍然被证明是最有效的器件结构睁8。。这是因为本体 生长形成有序结构的薄膜[