【摘 要】
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聚合物太阳能电池（PSCs）作为一种新型太阳能技术,因其具有质量轻,制造工艺简单,成本低等特点而受到广泛关注。活性层作为聚合物太阳能电池结构中最重要的组成部分,在光电转化过程中起到了关键角色。由于器件的能量转换效率（PCE）对活性层的微观形貌十分敏感,合适的微观形貌能提升载流子迁移率同时减少电荷复合,从而得到优异的光伏参数;不合适的活性层形貌会导致器件效率大幅度下降。因此,为了制备高效率聚合物太阳
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聚合物太阳能电池（PSCs）作为一种新型太阳能技术,因其具有质量轻,制造工艺简单,成本低等特点而受到广泛关注。活性层作为聚合物太阳能电池结构中最重要的组成部分,在光电转化过程中起到了关键角色。由于器件的能量转换效率（PCE）对活性层的微观形貌十分敏感,合适的微观形貌能提升载流子迁移率同时减少电荷复合,从而得到优异的光伏参数;不合适的活性层形貌会导致器件效率大幅度下降。因此,为了制备高效率聚合物太阳能电池,需要依据给受体材料特点,对活性层形貌进行有针对性地调控。本论文以高性能有机光伏材料体系为研究对象,采用一系列有效策略对活性层形貌进行精准调控,并系统研究了调控过程中不同的活性层形貌对器件光伏性能的影响,为优化活性层形貌提供了有利的参考。主要研究成果如下:（1）以PM6:Y6共混体系为对象,探究了不同分子量聚合物给体在溶液中的聚集性质,成膜后的分子堆积以及与受体共混后的形貌特点。结果表明在PM6:Y6体系中,聚合物给体分子量过小或者过大均不利于获得合适的活性层形貌。当聚合物给体分子量适中时,活性层中合适的相区尺寸和相区纯度有利于减少器件中缺陷态复合,同时使载流子迁移率更趋于平衡,因此器件填充因子（FF）得到显著提升。最终,基于中等分子量PM6和Y6的反向聚合物太阳能电池PCE为17.1%,FF为78.2%。（2）通过在PM6:Y6二元体系中引入给体小分子材料BTTzR构筑三元聚合物太阳能电池,来改善活性层形貌同时减少器件非辐射能量损失。并系统探究了三元器件中不同比例的第三组分对器件形貌和性能的影响。结果表明BTTzR改善了给体相的分子堆积,因此三元共混膜的空穴迁移率得到显著提升。同时BTTzR与Y6之间存在良好的相容性,使得受体相聚集减弱,器件的非辐射能量损失明显减少。通过合适的第三组分比例制备的三元聚合物太阳能电池效率从原来二元器件的15.8%提升至17.7%,其中Voc=0.87 V,Jsc=26.2 mA cm-2,FF=77.7%。同时器件非辐射能量损失仅为0.19 eV,为目前报道的高效率三元聚合物太阳能电池中的最低值。
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