【摘 要】
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有机太阳能电池有着易于溶液加工,机械性能好,带隙可调等优势,有着广泛的应用前景。近些年来,非富勒烯小分子受体的发展使得有机太阳能电池的效率进一步提升。近期,有机太阳能电池的光电转换效率已经突破18%。但是,目前文献中报道的高效率有机太阳能电池都是采用旋涂法制备活性层和真空蒸镀法制备金属电极,面积通常小于0.1 cm~2,这种制备方式难以和大规模生产方式（如卷对卷印刷）相兼容。全溶液法制备由于其低成
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有机太阳能电池有着易于溶液加工,机械性能好,带隙可调等优势,有着广泛的应用前景。近些年来,非富勒烯小分子受体的发展使得有机太阳能电池的效率进一步提升。近期,有机太阳能电池的光电转换效率已经突破18%。但是,目前文献中报道的高效率有机太阳能电池都是采用旋涂法制备活性层和真空蒸镀法制备金属电极,面积通常小于0.1 cm~2,这种制备方式难以和大规模生产方式（如卷对卷印刷）相兼容。全溶液法制备由于其低成本和易于加工等特性成为有机太阳能电池大规模生产的理想选择。在此,本论文围绕全溶液加工非富勒烯有机太阳能电池,从活性层的制备、界面层的开发、器件的设计和制备等角度进行研究。主要研究内容如下:（1）利用水转印技术制备非富勒烯活性层薄膜。在传统的实验室制备高效率非富勒烯有机太阳能电池中,活性层一般采用旋涂法制备。然而旋涂法不适合大面积生产,溶液利用率低。为了制备出高质量的有机活性层薄膜,采用水转印的技术进行制备。通过控制有机活性层溶液的浓度和转印的次数可得到形貌理想、膜厚可控的非富勒烯有机活性层薄膜。通过该方法制备了基于PBDB-T:ITIC和PBDB-T-2F:IT-4F活性层的非富勒烯有机太阳能电池,所制备的器件性能与旋涂制备的器件相当（光电转换效率分别为8.9%和11.7%）。同时,为了探究这种制备方式的适用性,进一步制备了大面积模组器件（有效面积为3.2 cm~2）,含有四节子电池,效率达到8.1%。（2）发展一种新型可溶液法加工的掺杂聚合物界面层薄膜。在全溶液加工有机太阳能电池中,界面层在满足能级匹配、电荷传输等基本作用的前提下,还需要具备易于溶液加工和成膜性好等特性。在本论文第二章水转印制备活性层方法的基础上,发展了一种新型可溶液加工的P型掺杂聚合物界面层的制备方法,通过将有机聚合物溶液滴在磷钼酸（PMA）掺杂剂的水溶液上,利用有机/水这一正交溶剂体系之间的接触,实现高效P型掺杂界面层的制备。通过该方法制备的掺杂聚合物薄膜比传统浸泡法掺杂制备的掺杂聚合物薄膜表现出更高的功函数和更低的表面电阻,同时可以采用水转印的技术对该掺杂聚合物界面层进行调控和转移。（3）制备出高效且柔性的全溶液加工非富勒烯有机光伏器件（实现最高11.9%的光电转换效率）。将第二章制备的P型掺杂聚合物界面层引入PEDOT:PSS电极和高效率非富勒烯有机活性层之间,避免二者的直接接触,改善了以PEDOT:PSS作为顶电极的非富勒烯有机太阳能电池器件的性能,完成了无真空蒸镀金属电极和界面层的高效有机太阳能电池的制备。为了进一步实现高效率全溶液加工有机太阳能电池,采用效率更高的活性层体系（PBDB-T-2F:Y6:IDIC）,引入溶液法制备的HxMo O3作为界面层来进一步改善PEDOT:PSS和非富勒烯活性层之间的接触,采用嵌有银纳米线的聚酰亚胺薄膜作为基底来提高全溶液加工电池器件的良率和性能。通过器件结构的设计和优化,最终制备出从基底到顶电极均可全溶液加工的高效率柔性非富勒烯有机太阳能电池。
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