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中科院化學(xué)所制出迄今效率Z高的反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池
最近更新時(shí)間：2013-7-31
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中科院化學(xué)所制出迄今效率zui高的反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池
聚合物太陽(yáng)能電池一般由共軛聚合物給體和富勒烯衍生物受體的共混膜夾在ITO透明正極和金屬負(fù)極之間所組成，具有結(jié)構(gòu)和制備過(guò)程簡(jiǎn)單、成本低、重量輕、可制備成柔性器件等突出優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)使用透明導(dǎo)電聚合物PEDOT:PSS修飾ITO電極作為正極、低功函數(shù)活潑金屬作為負(fù)極。PEDOT:PSS修飾層由酸性PEDOT:PSS水溶液旋涂在ITO玻璃上，酸性PEDOT:PSS對(duì)ITO具有腐蝕作用，同時(shí)器件頂部的活潑金屬負(fù)極極易與環(huán)境中的水氧發(fā)生反應(yīng)，這些嚴(yán)重影響器件的穩(wěn)定性和工作壽命。
近年來(lái)興起的反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池使用低功函數(shù)材料修飾ITO電極作為負(fù)極、高功函數(shù)穩(wěn)定的頂部電極作為正極，大大提高了器件的穩(wěn)定性。但是，當(dāng)前反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池使用的負(fù)極修飾層材料主要是ZnO或TiO2納晶，它們需要高溫（>200oC）熱處理才能具有較好的性能，這不適合在大面積柔性電極上的應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)廉價(jià)、可溶液加工以及低溫處理的負(fù)極修飾層對(duì)于將來(lái)柔性聚合物太陽(yáng)能電池的實(shí)際應(yīng)用具有非常重要的意義。
zui近，在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的支持下，化學(xué)研究所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與高分子物理與化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和華北電力大學(xué)合作，使用廉價(jià)、醇溶性鈦螯合物TIPD修飾ITO電極作為負(fù)極，制備了反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池（器件結(jié)構(gòu)和相關(guān)材料的分子結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1）。在AM1.5, 100 mW/cm2光照條件下，該反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7.4%，而同樣活性層傳統(tǒng)正向結(jié)構(gòu)器件的效率為6.4%（器件J-V曲線(xiàn)和光伏性能數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1）。7.4%為反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池當(dāng)前文獻(xiàn)報(bào)道zui率之一。
相關(guān)論文發(fā)表在Adv. Mater.（2012, 24, 1476-1481）上。
研究人員于2006年將TIPD用于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池的負(fù)極修飾層，使基于MEH-PPV/PCBM的聚合物太陽(yáng)能電池的效率從無(wú)此修飾層的1.66%提高到2.52%（Appl Phys Lett, 2007, 91: 023509）。這一電極修飾層材料獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明1項(xiàng)（“一種聚合物太陽(yáng)能電池及其制備方法”，號(hào)：ZL 2006 1 0089192.3）。近期，他們又將TIPD用于反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池，使用TIPD修飾ITO作負(fù)極、MoO3/Al作為正極、PBDTTT-C/PC70BM的共混膜為活性層構(gòu)筑了反向結(jié)構(gòu)器件。同時(shí)研究了TIPD修飾層熱處理溫度對(duì)器件光伏性能的影響，發(fā)現(xiàn)60oC熱處理后使TIPD表面由親水變?yōu)樵魉?50oC處理10分鐘的修飾層器件性能*。這一*熱處理溫度與傳統(tǒng)器件PEDOT:PSS修飾層的熱處理溫度相同，保證了TIPD修飾層將來(lái)在柔性基底電極上的應(yīng)用。
中科院化學(xué)所制出迄今效率zui高的反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池