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中科院化學所制出迄今效率Z高的反向結構聚合物太陽能電池
最近更新時間：2013-7-31
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中科院化學所制出迄今效率zui高的反向結構聚合物太陽能電池
聚合物太陽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透明正極和金屬負極之間所組成，具有結構和制備過程簡單、成本低、重量輕、可制備成柔性器件等突出優點，近年來成為國內外研究熱點。傳統器件結構使用透明導電聚合物PEDOT:PSS修飾ITO電極作為正極、低功函數活潑金屬作為負極。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ITO具有腐蝕作用，同時器件頂部的活潑金屬負極極易與環境中的水氧發生反應，這些嚴重影響器件的穩定性和工作壽命。
近年來興起的反向結構聚合物太陽能電池使用低功函數材料修飾ITO電極作為負極、高功函數穩定的頂部電極作為正極，大大提高了器件的穩定性。但是，當前反向結構聚合物太陽能電池使用的負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用。因此，開發廉價、可溶液加工以及低溫處理的負極修飾層對于將來柔性聚合物太陽能電池的實際應用具有非常重要的意義。
zui近，在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，化學研究所有機固體院重點實驗室與高分子物理與化學國家重點實驗室和華北電力大學合作，使用廉價、醇溶性鈦螯合物TIPD修飾ITO電極作為負極，制備了反向結構聚合物太陽能電池（器件結構和相關材料的分子結構見圖1）。在AM1.5, 100 mW/cm2光照條件下，該反向結構聚合物太陽能電池能量轉換效率達到7.4%，而同樣活性層傳統正向結構器件的效率為6.4%（器件J-V曲線和光伏性能數據見圖1）。7.4%為反向結構聚合物太陽能電池當前文獻報道zui率之一。
相關論文發表在Adv. Mater.（2012, 24, 1476-1481）上。
研究人員于2006年將TIPD用于傳統結構聚合物太陽能電池的負極修飾層，使基于MEH-PPV/PCBM的聚合物太陽能電池的效率從無此修飾層的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中國發明1項（“一種聚合物太陽能電池及其制備方法”，號：ZL 2006 1 0089192.3）。近期，他們又將TIPD用于反向結構聚合物太陽能電池，使用TIPD修飾ITO作負極、MoO3/Al作為正極、PBDTTT-C/PC70BM的共混膜為活性層構筑了反向結構器件。同時研究了TIPD修飾層熱處理溫度對器件光伏性能的影響，發現60oC熱處理后使TIPD表面由親水變為憎水，150oC處理10分鐘的修飾層器件性能*。這一*熱處理溫度與傳統器件PEDOT:PSS修飾層的熱處理溫度相同，保證了TIPD修飾層將來在柔性基底電極上的應用。
中科院化學所制出迄今效率zui高的反向結構聚合物太陽能電池