有机胺掺杂提升聚合物:富勒烯太阳能电池稳定性机理——作用于给受体界面
作者单位：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所印刷光伏课题组 北京师范大学化学学院
会议名称：《第七届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会》
会议日期：2020年
学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）]
摘 要：有机太阳能电池由于其成本低、可溶液化制备、可柔性、毒性低等优点,已成为当下研究最为广泛的新型光伏器件之一。最近有机太阳能电池的器件效率已达18%,基本满足了商业化的需求,然而其相对较差的稳定性大大限制了其应用。富勒烯在光照下的二聚反应是引起这一类太阳能电池快速衰减的主要原因之一。课题组前期发现,含有N-H基团的哌嗪衍生物均可与PCBM通过分子间氢键形成稳定的加和物,促进分子间电荷转移过程,从而抑制富勒烯三重态的产生及二聚反应的发生,有效地提升器件的稳定性。为进一步理解有机胺的稳定效果,本文选取含有大量N-H基团的聚乙烯亚胺(PEI)作为掺杂剂,发现极少量的PEI也可以有效提升聚合物:富勒烯太阳能电池的稳定性。但是过多的PEI则会破坏活性层的形貌,造成器件性能下降。结合对活性层中有机胺含量的检测实验发现,器件活性层中起到稳定效果的有机胺有效含量很低即可。我们通过对活性层中各材料之间的结合能进行模拟计算发现,有机胺(哌嗪为例)在活性层成膜过程中大部分逸出,仅有极少量的有机胺残留在给受体的界面处,即可抑制PCBM三重态的产生及二聚反应,影响给受体之间的电荷转移过程,从而提升聚合物:富勒烯光伏器件的稳定性。该工作不仅更深入地理解了有机胺的稳定机制,也有助于寻找其他新型稳定剂,对于有机太阳能电池稳定性的发展有着十分重要的指导意义。