《電場對聚合物形態的控制》是依託北京交通大學，由侯延冰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：電場對聚合物形態的控制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：侯延冰
- 依託單位：北京交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
聚合物太陽能電池具是一種非常有潛力的太陽能電池，但是由於載流子遷移率比較低，目前效率比較低。為了提高聚合物太陽能效率，本項目提出了電場下製備C60衍生物摻雜聚合物薄膜，利用電場誘導相分離和聚合物分子極化對聚合物的形態進行控制，實現光生電子和空穴分別沿各自通道有效傳輸。研究工作包括：電場下聚合物和C60衍生物溶劑生長過程研究；電場下聚合物形態和溶劑極性、電場強度和C60衍生物側鏈極性的關係；利用形貌表征技術，刻畫出聚合物薄膜的3D結構；電場下製備的聚合物的光電特性和太陽能電池研究；結合溶劑處理控制聚合物和C60衍生物相的尺度和形狀，製備出長條狀C60衍生物相。同時將電場處理和絲網印刷技術相結合，得到一種廉價的聚合物太陽能製備技術。本項目的實施將對聚合物太陽能光電轉換效率的提高具有重要意義。
結題摘要
本項目利用電場下製備C60 衍生物摻雜聚合物薄膜，利用電場誘導相分離和聚合物分子極化對聚合物的形態進行控制，實現光生電子和空穴分別沿各自通道有效傳輸。主要工作包括以下，在P3HT:PCBM光伏器件製備過程中引入垂直電場，器件性能得到了有效提高。研究表明，器件性能不僅受到功能層形貌的影響，而且受其載流子遷移率的影響，這是一個相互影響、相互牽制的過程。在電場下製備PEDOT:PSS層，可以有效提高薄膜表面PEDOT與PSS的比例，從而提高PEDOT:PSS的導電率；同時，PEDOT:PSS的表面形貌受到調製，表面粗糙度略有增大，有效改善了其與功能層的接觸面，從而提高了空穴傳輸效率及陽極對空穴的收集效率。在電場下製備P3HT:PCBM層，可以有效提高P3HT的結晶度，從而提高其空穴遷移率，同時，PCBM在電場下發生聚集，增強相分離，為電子傳輸提供了通道；另外，功能層形貌受到電場調製，提高了表面粗糙度，有利於激子分離。電場強度不同，對器件的調製作用不同。隨著電場強度的增大，電場對器件的調製作用增強，P3HT結晶度增強，空穴遷移率提高。當電場強度增大到一定值時，P3HT的有序性受到破壞，器件性能下降。電場極性不同，對P3HT分子鏈的作用力方向不同，從而對分子鏈排列產生影響。實驗表明，反向電場使P3HT分子鏈在(100)方向間距增大，有序性降低，從而使空穴遷移率降低，器件短路電流減小。電場作用於P3HT和PCBM的同時，也作用於溶劑分子；極性較大的溶劑分子受電場影響較大。P3HT分子鏈排列不僅受到電場的作用，而且受到溶劑分子的影響，從而使電場對其的作用效果減弱。而溶劑的不同，同時影響著PCBM聚集程度，從而使器件性能受到影響。P3HT分子量不同，其分子鏈排列不同，結晶度不同。分子量較大的P3HT有序性較低，電場對其結晶度的作用受到無序P3HT分子鏈的影響。器件性能的改善主要來源於電場對薄膜形貌的調製，電場下製備聚合物光伏器件為人們控制體異質結的相分離提供了一個重要手段。
