论文部分内容阅读
聚合物太阳能电池（PSCs）由于其作为清洁能源的潜在应用以及大面积制造的可能性而受到广泛关注。其中,电子传输层（ETL）是PSCs中实现有效电子提取和电子传输的重要组件,因而对改善PSCs的性能发挥了关键作用。本论文首次将基于磺酸根抗衡离子的阳离子聚电解质作为ETL用于PSCs,并且探讨不同的烷基磺酸根抗衡离子对材料性能的影响。主要包括两个方面:1、制备了基于甲基磺酸根（PEIE-MSB）、碘离子（PEIE-DIB）和氢氧根离子（PEIE-OH）阳离子聚电解质。将这三种材料分别作为PSCs的ETL,制备反向PSCs器件(活性层为PTB7-Th:PC71BM),并研究材料和器件的光伏性能。其中基于PEIE-MSB的器件性能最为优异,PCE为10.30%;而基于PEIE-DIB和PEIE-OH的器件PCE分别为9.72%和10.07%。研究结果表明,基于PEIE-MSB的光活性层表现出了更好的纳米相形貌和界面接触,以及更少的界面缺陷,故其电子传输性能要优于PEIE-DIB和PEIE-OH。将PEIE-MSB应用在PM6:IT–4F和PM6:Y6作为活性层的反向PSCs中,也表现出了优异的光伏性能,其PCE分别为13.41%和15.83%。这些充分说明了基于甲磺酸根抗衡离子的阳离子聚电解质是一种可应用在PSCs中的高性能ETL。2、将1,4-丁二醇二甲磺酸酯、1,4-丁二醇二乙磺酸酯和1,4-丁二醇二苄基磺酸酯分别与PEIE进行季胺化反应得到基于甲基磺酸根、乙基磺酸根和苄基磺酸根的三种阳离子聚电解质PEIE-MSB、PEIE-ESB和PEIE-BSB,详细研究了不同体积的烷基磺酸根抗衡离子对于聚合物的电子传输性能的影响规律。将这三种聚合物分别作为PSCs的ETL,并测试和对比它们的电子传输能力和光伏性能。结果表明,抗衡离子较小的PEIE-MSB和PEIE-ESB具有较高的电子提取效率,较高的电子迁移率和较好的光伏性能,而反离子较大的PEIE-BSB具有较差的电子提取率,较低的电子迁移率和光伏性能。将PEIE-ESB作为ETL的PTB7-Th:PC71BM反向PSCs在9 nm,18 nm和30 nm厚度下的PCE分别为10.44%,9.96%和9.23%,这些结果表明PEIE-ESB是一种优秀的厚度不敏感型ETL。此外,基于PM6:Y6作为活性层和PEIE-ESB作为ETL的PSCs表现出15.69%的高PCE,略高于基于Zn O作为ETL的PSCs的PCE值（15.37%）。这些表明,烷基磺酸根抗衡离子的种类和体积是影响这类ETLs的电子传输性能的重要因素。