退火方式及PCBM阴极修饰层对聚合物太阳电池的影响

退火处理提高P3HT：PCBM聚合物太阳能电池光伏性能卓祖亮;张福俊;许晓伟;王健;卢丽芳;徐征【摘要】利用旋转涂膜方法制备了以P3HT:PCBM为有源层的聚合物太阳能电池,器件结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/AI(氧化铟锡导电玻璃/聚二氧乙基噻吩:聚对苯乙烯磺酸/聚三已基噻酚:富勒烯衍生物/铝),研究了退火温度对聚合物太阳能电池性能的影响.实验发现:聚合物薄膜经过120℃退火10 min处理后,开路电压(V∝)达到0.64 V,短路电流密度(Jsc)为10.25 mA·cm-2,填充因子(FF)38.1%,光电转换效率(PCE)达到2.00%.为了讨论其内在机制,对不同退火条件下聚合物薄膜进行了各种表征.从紫外-可见吸收光谱中发现,退火处理使P3HT在可见光范围内吸收加强且吸收峰展宽,特别是在560和610 nm处的吸收强度明显增大;X射线衍射(XRD)结果表明,120℃退火后P3HT在(100)晶面上的衍射强度是未退火薄膜的2.8倍,有利于光生载流子的输运;原子力显微镜(AFM)研究结果表明,退火显著增大了P3HT与PCBM的相分离程度,提高了激子解离的几率;傅里叶变换红外(FTIR)光谱验证了退火并没有引起聚合物材料物性的变化.%Several polymer solar calls consisting of ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PCBM/Al (indium tin oxide/poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)/poly(3-hexylthiophene)∶[6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester/aluminum cathode) were fabricated by spin coating. The influence of annealing temperature on the performance of the polymer solar cells was studied using absorption spectra, photoluminescence spectra, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), and atomic force microscopy (AFM). These devices were treated at 120 ℃ for 10 min in an ambient atmosphere and the best power conversion efficiency (PCE) of2.00％ was obtained at an open circuit voltage (Voc) of 0.64 V, a short circuit current densit y (Jsc) of 10.25 mA · cm-2, and a fill factor (FF) of 38.1％. The intensities of the absorption peaks at 560 and 610 nm increased because of the increased absorption π→π* transition of P3HT after annealing treatment. XRD spectra showed that the intensity of the diffraction peaks at (100) for P3HT increased 1.8 times by comparison with that of the cells that did not undergo annealing treatment.The P3HT:PCBM phase separation increased markedly after annealing treatment, which is valuable for exciton dissociation. FTIR results also showed that the polymer materials did not deteriorate during the annealing treatment process.【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2011(027)004【总页数】6页(P875-880)【关键词】聚合物太阳能电池;相分离;激子;光电转换效率;退火处理【作者】卓祖亮;张福俊;许晓伟;王健;卢丽芳;徐征【作者单位】北京交通大学发光与光信息教育部重点实验室,北京100044;北京交通大学发光与光信息教育部重点实验室,北京100044;北京交通大学发光与光信息教育部重点实验室,北京100044;北京交通大学发光与光信息教育部重点实验室,北京100044;北京交通大学发光与光信息教育部重点实验室,北京100044;北京交通大学发光与光信息教育部重点实验室,北京100044【正文语种】中文【中图分类】O646Abstract: Several polymer solar cells consisting ofITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al(indium tin oxide/poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)/poly(3-hexylthiophene):[6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester/aluminum cathode)were fabricated by spin coating.The influence of annealing temperature on the performance of the polymer solar cells was studied using absorption spectra,photoluminescence spectra,Fourier transform infrared(FTIR)spectroscopy,X-ray diffraction(XRD),and atomic force microscopy(AFM).These devices were treated at 120°C for 10 min in an ambient atmosphere and the best power conversion efficiency(PCE)of2.00%was obtained at an open circuit voltage(Voc)of 0.64 V,a short circuit current density(Jsc)of 10.25 mA·cm-2,and a fill factor(FF)of 38.1%.The intensities of the absorption peaks at 560 and 610 nm increased because of the increased absorptionπ→π*transition of P3HT after annealing treatment.XRD spectra showed that the intensity of the diffraction peaks at(100)for P3HT increased 1.8 times by comparison with that of the cells that did not undergo annealing treatment.The P3HT:PCBM phase separation increased markedly after annealing treatment,which is valuable forexciton dissociation.FTIR results also showed that the polymer materials did not deteriorate during the annealing treatment process.Key Words: Polymer solar cells; Phase separation; Exciton; Power conversion efficiency;Annealing treatment能源危机已成为人类生存及社会经济发展急需解决的重要问题,世界各国都在开发绿色环保的新能源.太阳能的开发和利用是人类解决能源危机的有效途径之一.硅基太阳能电池已有广泛的应用,但硅的提纯对环境是一个重污染过程.有机太阳能电池由于其成本低、无污染、可制备在柔性衬底上等优点已成为研究的热点问题.自从1995年体异质结太阳能电池的概念提出后,1国内外的科学家们对聚合物材料结构设计以及太阳能电池的制备工艺进行了不断改进.2,3有机太阳能电池从所用材料上可以分为:有机小分子太阳能电池和聚合物太阳能电池;4,5从电子给受体材料的分布方式上可分为:双层结构和体异质结有机太阳能电池;6,7从器件的结构上可分为:正型和反型结构的太阳能电池.8,9最近,我们报道了用超薄层Ca修饰ITO作阴极,MoO3修饰Ag作阳极的有机小分子反型太阳能电池,研究了入射光强度对反型有机小分子太阳能电池的开路电压、短路电流的影响.102007年Heeger等人11报道了利用低带隙聚合物聚[2,6-(4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊[2,1-b;3,4-b]双噻吩)-交替-4,7-(2,1,3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)和聚三已基噻酚(P3HT)掺杂富勒烯衍生物(PCBM)制备了叠层结构的聚合物太阳能电池,这种新型聚合物电池获得了超过6%的光电转化效率.2009年,Yang小组12利用合成PBDTTT作为给体材料制备体异质结聚合物太阳能电池,其光电转换效率达到7.3%.Sun等人13报道了一种高效的反型叠层聚合物太阳能电池,其开路电压和填充因子分别达到了1.18 V和61.8%,光电转换效率为2.78%.有机光电子器件中分子的微观形态是决定器件性能的重要因素之一.分子的排布方式会影响有机纳米薄膜中载流子的输运、14材料对光的吸收15及掺杂体系中的相分离情况,16这些都是影响有机太阳能电池性能的关键因素.以P3HT:PCBM作为有源层材料的聚合物太阳能电池备受人们的关注,人们尝试着通过不同的界面修饰层、不同的器件结构、不同的薄膜制备手段及后处理方法等来提高器件的性能.17-19Heeger等人20,21研究了不同条件下P3HT浸入TiO2纳米晶网络对器件性能的影响及利用叠层结构增加有源层对太阳光的吸收,从而提高聚合物太阳能电池的效率.2008年Yang小组22研究了退火处理CsCO3修饰层的影响,获得了效率为4.2%的反型聚合物太阳能电池.本文重点研究退火条件对P3HT:PCBM聚合物太阳能电池光伏性能的影响,发现P3HT:PCBM薄膜经120°C退火10 min后,器件性能明显提高.针对这一现象,我们利用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射及原子力显微镜等手段研究了退火对聚合物薄膜光学性质、微结构及相分离等的影响,探讨了退火对于聚合物太阳能电池性能影响的内在原因. 实验中所用导电玻璃的方块电阻是60 Ω·□-1(深圳晶华显示器材有限公司),将导电玻璃经过酒精、丙酮、去离子水清洗干净后,用氮气吹干.将清洗干净的导电玻璃放在臭氧的环境下处理30 min,提高ITO表面的功函数.利用旋转涂膜的方法将有机导电聚合物聚二氧乙基噻吩:聚对苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS,购买于H.C.Starck公司)旋涂在ITO衬底上,并在200°C的条件下热处理5 min去除PEDOT:PSS薄膜中的水分.将P3HT和PCBM(均购于Sigma-Aldich,纯度>99%)分别溶于氯仿溶液,浓度都为10 mg·mL-1,待各自充分溶解后,将二者按体积比为1:1的比例混合,并搅拌均匀.利用旋转涂膜的方法,使用KW-4A型台式匀胶机在1500 r·min-1的条件下制备有源层P3HT:PCBM薄膜,最后通过热蒸发蒸镀铝电极,使用掩模的方法控制每个电池的有效面积为0.09 cm2.在蒸镀铝电极的过程中系统的真空度保持在5×10-4Pa以上.实验中所用的光源为150 W氙灯,在光强为100 mW·cm-2的条件下对电池进行测试.实验中所用电源为Keithley 2410 source,用Shimadzu UV-3101光谱仪测量吸收光谱.掠入射X射线衍射实验是利用北京同步辐射装置1W1A光束线进行的.所有的测试均在大气、常温下进行.图1给出了P3HT和PCBM的分子结构图及所制备电池的结构示意图.聚合物太阳能电池中光吸收、激子的形成及解离是实现光电转换的前提.图2为有源层P3HT:PCBM薄膜退火前后的紫外-可见吸收光谱,纯P3HT及P3HT:PCBM薄膜的光致发光光谱.从吸收光谱中可以观察到聚合物薄膜经退火后,吸收峰红移且吸收范围明显展宽,特别是在560和610 nm附近两个肩峰处的吸收显著加强.经退火后的聚合物薄膜在长波长方向吸收范围与地球表面太阳光的光谱重合部分增大,可以有效地增加聚合物中光生激子的数目,将有助于光电流密度增大及光电转换效率的提高.从光致发光光谱中可以看到,PCBM的掺入使得P3HT的光致发光有明显的猝灭,说明P3HT上的光生激子被PCBM有效地解离.由图2中不同退火温度条件下P3HT:PCBM薄膜的吸收光谱的变化,可以看出经过120和150°C退火的聚合物薄膜在500-650 nm范围内的吸收比80°C退火处理后的更强,这有力地支持了聚合物太阳能电池的短路电流密度从80°C退火的9.40 mA·cm-2增大到150°C 退火的11.13 mA·cm-2.聚合物薄膜吸收光谱的变化主要源于P3HT分子中π➝π∗跃迁对应的560 nm处吸收峰和分子链间的相互作用所对应的610 nm附近的吸收峰明显增加.23退火后560和610 nm处吸收峰的增强,说明退火有效地改善了P3HT薄膜中主链的排布方式.24X射线衍射的实验结果进一步证实了这一解释.为了进一步分析退火对聚合物分子排布方式的影响,测量了未退火及不同退火温度条件下聚合物薄膜的X射线衍射光谱(图3),从图3中可以看到P3HT在(100)方向上衍射峰强度随退火温度的升高先增强而后减弱,当退火温度为120°C时,衍射峰强度是未经退火的2.8倍,说明适当温度的热处理可有效地改善P3HT分子的排布方式.这一实验现象与Cheng等人15报道的利用超薄层CuI修饰衬底改变CuPc分子在衬底的排布方式类似,都是通过控制分子的排布方式提高有机纳米薄膜的光吸收能力,从而提高有机太阳能电池的光电转化效率.2007年我们报道了利用并五苯薄膜类金字塔结构的表面有效地调控了P3HT分子链在不同衬底上的排布及界面的能级结构.25XRD实验结果与不同退火条件下电池的电流-电压特性相符合,在120°C退火条件下聚合物薄膜沿(100)方向的衍射最强,此退火条件下制备的聚合物电池光电转化效率达到最大值2%.在150°C退火的条件下,聚合物薄膜沿(100)方向的衍射强度降低,同时电池的性能也有所下降.为了进一步分析退火温度对聚合物太阳能电池性能的影响,研究了P3HT:PCBM薄膜经不同温度退火后红外波段吸收光谱的变化,如图4所示.从红外吸收光谱中可以看出,随着退火温度的升高,聚合物薄膜红外光谱中各特征波数(1457,1738,2854,2924,2957 cm-1)所对应的吸收强度无明显变化,且没有观察到新的吸收峰,说明150°C退火没有破坏材料本身的化学结构.这进一步证实了聚合物紫外-可见吸收光谱的变化只与聚合物分子的排布方式有关.光生激子的解离是获得自由载流子的前提,激子的解离主要集中在电子给受体的界面上,因此聚合物薄膜中P3HT与PCBM的相分离程度将决定激子解离的几率.利用原子力显微镜(AFM)研究了不同退火条件对P3HT:PCBM薄膜相分离的影响,如图5所示.图5(a)为未退火薄膜的AFM图,没有观察到明显的相分离.聚合物薄膜经不同温度退火后,观察到了明显的相分离,如图5(b-d)所示.聚合物薄膜经120°C退火后相分离程度比经80和150°C退火后的更明显,相分离程度的增大有利于光生激子的解离.从XRD实验结果看,退火使P3HT分子链沿(100)方向排布更规则,提高了载流子在聚合物薄膜中的传输能力.Bao等人26报道了利用不同溶剂及退火条件对P3HT分子排布进行调制,提高了P3HT薄膜中载流子迁移率及以P3HT为有源层的有机薄膜晶体管的开关比.图6为太阳能电池在100 mW·cm-2的光照下电流密度与电压的特性曲线,从图中可以看到P3HT:PCBM薄膜在120°C退火前后电池的开路电压从0.32 V增大到了0.64 V,短路电流密度从4.03 mA·cm-2增大到了10.25 mA·cm-2,光电转换效率从0.26%提高到了2.00%.从太阳能电池性能的角度分析,经退火之后太阳能电池的4个关键参数都有明显的提高,如表1所示.除了上述原因,退火可有效地改善聚合物薄膜与电极接触的能级结构.图7为未退火和120°C退火后的暗电流及光电流特性曲线.比较暗特性曲线发现,聚合物薄膜经120°C退火后呈现出较好的二极管特性,正向导通电压明显降低,电流增大,这说明退火可以改善聚合物薄膜与电极的接触.从光电流曲线上看,120°C退火后的器件在反向电压区出现了明显的电流饱和现象,在正向电压区光电流随外加电压的增大而迅速提高,这也说明退火可有效地改善P3HT:PCBM与ITO和Al电极之间的接触界面.为了进一步说明退火对接触界面的影响,又分析了120°C退火10 min后的器件与未退火器件串并联电阻的变化,如图7中所示.聚合物太阳能电池经退火后串联电阻明显降低,并联电阻显著增大,从而使太阳能电池的填充因子从25.0%提高到38.1%.为了进一步阐述串并联电阻对电池各参数的影响,给出了聚合物太阳能电池的等效电路,27包括一个理想电流源、一个二极管、串联电阻和并联电阻,如图8所示.从上述等效电路上分析,并联电阻的增大,可以提高开路电压;串联电阻的减小,可增大短路电流,从而提高聚合物太阳能电池的填充因子,这与表1中实验数据非常吻合.串联电阻主要包括接触电阻和有机薄层电阻的复合电阻.并联电阻与载流子在给受体界面及电极附近的复合有关.28通过紫外-可见吸收光谱、光致发光光谱、红外吸收光谱、X射线衍射、原子力显微镜、电池的光电流及暗电流特性等方面,研究了退火温度对聚合物太阳能电池性能影响的内在原因.综上分析,退火对聚合物太阳能电池性能影响的内在原因可以归结为以下四点:①退火可有效提高聚合物薄膜对太阳光的吸收;②适当温度的退火有助于改善有源层中P3HT分子排布方式;③退火增大P3HT与PCBM的相分离程度,这有利于激子在P3HT与PCBM界面处的解离;④退火可以改善聚合物与电极接触界面,降低了串联电阻,增大了并联电阻,从而有效地提高了器件的填充因子.致谢: 作者特别感谢中国科学院理化研究所光化学转换与功能材料重点实验室的王辉老师对该实验的帮助和指导,感谢北京正负电子对撞机国家实验室陈中军、蔡泉老师在X射线衍射实验中提供的帮助.【相关文献】(1)Yu,G.;Gao,J.;Hummelen,J.C.;Wudl,F.;Heeger,A.J.Science 1995,570,1789.(2) Lin,C.;Lin,E.Y.;Tsai,F.Y.Adv.Funct.Mater.2010,20,834.(3)Troshin,P.A.;Hoppe,H.;Renz,J.;Egginger,M.;Mayorova,J.Y.;Goryochev,A.E.;Peregudov,A.S.;Ly ubovskaya,R.N.;Gobsch,G.;Sariciftci,N.S.;Razumov,V.F.Adv.Funct.Mater.2009,19,779.(4)You,H.L.;Zhang,C.F.Chin.Phys.B 2009,18,2096.(5) Yu,H.Z.;Peng,J.B.;Zhou,X.M.Acta Phys.Sin.2008,57,3898.[於黄忠,彭俊彪,周晓明.物理学报,2008,57,3898.](6) He,Y.J.;Chen,H.Y.;Hou,J.H.;Li,Y.F.J.Am.Chem.Soc.2010,132,1377.(7)Li,Y.W.;Liu,P.Y.;Hou,L.T.;Wu,B.Acta Phys.Sin.2010,59,1248.[李艳武,刘彭义,侯林涛,吴冰.物理学报,2010,59,1248.](8) Zhang,F.J.;Sun,F.Y.;Shi,Y.Z.;Zhuo,Z.L.;Lu,L.F.;Zhao,D.W.;Xu,Z.;Wang,Y.S.Energy Fuels 2010,24,3739.(9) Tong,X.;Lassiter,B.E.;Forrest,.Electron.2010,11,705.(10)Zhang,F.J.;Zhao,D.W.;Zhuo,Z.L.;Wang,H.;Xu,Z.;Wang,Y.S.Sol.Energy Mater.Sol.Cells 2010,94,2416.(11) Kim,J.Y.;Lee,K.;Coates,N.E.;Moses,D.;Nguyen,T.Q.;Dante,M.;Heeger,A.J.Science 2007,317,5835.(12)Chen,H.Y.;Hou,J.;Zhang,S.;Liang,Y.;Yang,G.;Yang,Y.;Yu,L.;Wu,Y.;Li,G.Nat.Photon.2009,3,6 49.(13)Sun,X.W.;Zhao,D.W.;Ke,L.;Kyaw,A.K.K.;Lo,G.Q.;Kwong,D.L.Appl.Phys.Lett.2010,97,053303.(14)Zhang,F.J.;Xu,Z.;Zhao,D.W.;Zhao,S.L.;Jiang,W.W.;Yuan,G.C.;Song,D.;Wang,Y.S.;Xu,X.R.J.Phys. D:Appl.Phys.2007,40,4485.(15)Cheng,C.H.;Wang,J.;Du,G.T.;Shi,S.H.;Du,Z.J.;Fan,Z.Q.;Bian,J.M.;Wang,M.S.Appl.Phys.Lett.201 0,97,083305.(16)Brabec,C.J.;Gowrisanker,S.;Halls,J.J.M.;Laird,D.;Jia,S.J.;Williams,S.P.Adv.Mater.2010,22,3839.(17) Hu,Z.J.;Gesquiere,A.J.Chem.Phys.Lett.2009,476,51.(18) Sundarrajan,S.;Murugan,R.;Nair,A.S.;Ramakrishna,S.Mater.Lett.2010,64,2369.(19) Bisquert,J.;Garcia-Belmonte,G.;Munar,A.;Sessolo,M.;Soriano,A.;Bolink,H.J.Chem.Phys.Lett.2008,465,57.(20) Bartholomew,G.P.;Heeger,A.J.Adv.Funct.Mater.2005,15,677.(21)Kim,J.Y.;Lee,K.;Coates,N.E.;Moses,D.;Nguyen,T.Q.;Dante,M.;Heeger,A.J.Science 2007,317,222.(22) Liao,H.H.;Chen,L.M.;Xu,Z.;Li,G.;Yang,Y.Appl.Phys.Lett.2008,92,173303.(23)Guo,T.F.;Wen,T.C.;Pakhomov,G.L.;Chin,X.G.;Liou,S.H.;Yeh,P.H.;Yang,C.H.Thin Solid Films 2008,516,3138.(24)Feng,Z.H.;Hou,Y.B.;Shi,Q.M.;Liu,X.J.;Teng,F.Chin.Phys.B 2010,19,098601.(25) Zhang,F.;Vollmer,A.;Zhang,J.;Xu,Z.;Rabe,J.P.;Koch,.Electron.2007,8,606.(26) Bao,Z.N.;Dodabalapur,A.;Lovinger,A.J.Appl.Phys.Lett.1996,69,4108.(27) Nunzi,J.M.C.R.Physique 2003,3,523(28) Jain,A.;Kapoor,A.Sol.Energy Mater.Sol.Cells 2005,86,197.。

不同旋涂速率对聚合物太阳电池性能的影响作者：郭颖朱冰洁刘桂林严慧敏来源：《现代电子技术》2014年第24期摘 ;要：以聚3己基噻吩（P3HT）和[6，6]⁃phenyl⁃C61⁃butyric acid methyl ester （PCBM）为活性层材料制成聚合物太阳电池，通过控制活性层旋涂速率控制活性层厚度。

从不同活性层厚度器件的吸收光谱、原子力及器件各项性能参数详细分析了不同活性层旋涂速率对太阳电池性能的影响。

结果表明：旋涂速率为1 000 r/min时，电池具有最佳性能，光电转换效率最高为1.54%。

关键词：活性层; ;旋涂速率; ;转换效率; 聚合物太阳电池中图分类号： TN304.5⁃34 ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码： A ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1004⁃373X（2014）24⁃0142⁃04Effect of different spin⁃coated rates on performance of polymer solar cellGUO Ying1， ZHU Bing⁃jie1， LIU Gui⁃lin2， YAN Hui⁃min1（1. School of Science， Jiangnan University， Wuxi 214122， China; 2. Internet on Things Engineering Institute， Jiangnan University， Wuxi 214122， China）Abstract： The polymer solar cell （PSC） taking poly 3⁃hexylthiophene （P3HT） and [6，6]⁃phenyl⁃C61⁃butyric acid methyl ester （PCBM） as its active layer materials was made by controlling spin⁃coating rate of active layer. The influence of the spin⁃coating rate of different active layers on performance of the polymer solar cell is analyzed on the basis of absorbance spectrum，atomic force and other parameters of components with different thickness active layers. The results show that PSCs can achieve the best performance （power conversion efficiency （PCE）=1.54%）when the spin⁃coating rate is 1000 r/min.Keywords： active layer; spin⁃coating rate; power conversion efficiency; polymer solar cell0 ;引 ;言有机太阳电池主要是指利用有机分子直接或间接将太阳能转变为电能的器件[1]，在过去几十年间，具有半导体性质的共轭聚合物被用于制作各种光电器件。

收稿：２０１２－０１－１２；修回：２０１２－０２－２２；基金项目：国家自然科学基金（５０８０３０１４）资助项目，中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室开放基金；作者简介：李贵芳（１９８５－），女，硕士研究生，主要从事有机光伏研究；Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｇｕｉｆａｎｇ８５＠１６３．ｃｏｍ，Ｔｅｌ：０２２－６０２０４２９７；＊通讯联系人：Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｉｎｄａｓｈａｎ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ，Ｔｅｌ：０２２－６０２０４２９７．加入ＮＰＢ提高Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ聚合物太阳能电池光伏性能李贵芳１，全　威１，刘金锁１，陈　磊１，张吉东２，闫东航２，秦大山１＊（１．河北工业大学化工学院，天津　３００１３０；２．，长春　１３００２３） 摘要：研究了在聚３－己基噻吩（Ｐ３ＨＴ）和［６，６］－苯基－Ｃ６１－丁酸甲酯（ＰＣＢＭ）共混薄膜中加入第三组分Ｎ，Ｎ＇－二苯基－Ｎ，Ｎ＇－（１－萘基）－１，１＇－联苯－４，４＇－二胺（ＮＰＢ）对器件性能的影响。

实验发现：加入ＮＰＢ可以促进Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭ本体异质结的生长，进而提高器件的光伏性能，当ＮＰＢ浓度为０．４ｍｇ／ｍＬ时，能量转换效率（ＰＣＥ）从１．０５％提高到１．６４％。

ＮＰＢ的加入使Ｐ３ＨＴ在可见光范围内吸收增强，特别是在５６０ｎｍ和６１０ｎｍ处的吸收强度明显增大；扫描电子显微镜（ＳＥＭ）研究结果表明，ＮＰＢ的加入增大了Ｐ３ＨＴ与ＰＣＢＭ的相分离程度，提高了激子分离的几率；空穴单极性电流－电压曲线证明适量ＮＰＢ的加入改善了薄膜空穴传输性能。

关键词：聚合物太阳能电池；本体异质结；ＮＰＢ；三组分共混薄膜引言太阳能是当今最重要的新能源之一，聚合物太阳能电池以其轻薄，可卷曲，低成本，可大面积制备等特点备受国内外研究学者的关注［１～４］。

２００９年，Ｙａｎｇ小组［５］利用合成ＰＢＤＴＴＴ作为给体材料制备本体异质结聚合物太阳能电池的光电转换效率达到７．３％，Ｈｏｕ等［６］合成的带噻吩共轭支链的ＰＢＤＴＴＴ－Ｃ－Ｔ能量转换效率达到７．５９％，Ｃａｏ等［７］使用一种聚电解质负极修饰层使聚合物太阳能电池的能量转换效率达到了８．３％，比较接近１０％的商业化要求。

G阴极修饰提高聚合物太阳能电池的效率一、引言聚合物太阳能电池必须满足高转化效率高和使用寿命长两个条件才能满足商业化应用的要求。

最近几年在聚合物太阳能电池发展的过程中，提高光电转换效率的方法主要集中在材料及其表面形貌的研究，比如新材料的研发，溶剂的选择，热处理等[1-2]，或在活性层溶液中掺杂[3-4]来提高电池的性能。

太阳能电池的寿命衰减是由于载流子在活性层与阴极接触的界面聚集引起的，所以选择合适的阴极和阴极修饰材料是提高有机聚合物太阳电池性能的重要途径。

金属AL和半导体之间引进了一层超薄的LiF绝缘层构成了MIS（金属-绝缘体-半导体）界面，改进了势垒区的情况，超薄的LiF绝缘层修饰阴极可以使阴极与受体形成欧姆接触利于电荷的收集，这可以影响载流子通过界面时的传输过程[5]。

石墨烯具有良好导电性，它的电子传输速度能达到光速的1/300，我们综合二者的优点，使其混合共同修饰阴极，提高电池的电流密度，改善电池的光电转换效率。

二、实验部分此实验制备三个聚合物太阳能电池，1号为基准电池的结构为ITO/PEDOT：Pss/P3HT：PCBM/AL，2号样品是在基准电池的基础上对AL电极进行修饰，修饰材料为LiF，3号修饰材料是掺杂3%石墨烯的LiF，三个电池用的衬底ITO的方块电阻是～25Ω/□。

实验步骤如下：（1）ITO玻璃的刻蚀及清洗：先把需要保留的ITO表面用胶条遮住，浸到盐酸中腐蚀，将其取出用水冲洗后去掉胶条。

然后，将ITO依次放入去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇中分别超声清洗20min。

最后，烘干备用。

（2）PEDOT：PSS缓冲层的制备：旋涂薄膜条件为低速800rpm/s，时间为12s；高速2400rpm/s，时间为60s，旋涂成50纳米左右薄膜。

（3）P3HT：PCBM光活性层的制备：配制P3HT：PCBM重量之比为5：4浓度为24mg/ml的有机溶液；其次旋涂成100纳米左右的薄膜。

将旋涂好P3HT：PCBM的ITO放置在有盖的培养皿内，并退火处理。