有机太阳能电池性能影响因素

有机溶剂的沸点

给体与受体材料的共混是通过溶解在有机溶剂中来实现的，在旋涂的过程中，若有机溶剂的沸点较低，挥发较快，则会影响到活性层膜的均匀性以及共混体系的表面形貌，从而影响到整个电池的性能。用四种不同沸点的溶剂制备而成的太阳能电池表现出了不同的性能，如图3 为不同情况下的J-V 曲线（小图为暗条件下J-V 曲线，大图为光照条件下J-V 曲线），其中空心圆和实心圆分别代表氯仿和甲苯，而空心方块和实心方块则分别代表氯苯和对二甲苯。由小图可看出，用低沸点溶剂（氯仿和甲苯）制备的太阳能电池相比于用高沸点溶剂（氯苯和对二甲苯）所制备的电池，其整流特性不好，而且在反偏压下漏电流较大，这说明其并联电阻很小，同时也反映出活性层致密度较小，存在孔洞，在光照条件下则表现为填充因子和开路电压低。总得来说，用高沸点溶剂制备的太阳能电池性能要明显高于低沸点溶剂所制备的电池。

活性层厚度

活性层的作用是吸收太阳光、产生并分离激子，从而形成光电流。理论上来分析，若活性层厚度过小则不能充分吸收太阳光，使得光生载流子数减少，效率降低；若活性层厚度过大，虽然能更充分地吸收太阳光而产生更多的激子，但是却增大了激子的复合几率，同时也会增大电池的串联电阻而使电流降低。所以，合适厚度的活性层能使电池性能大大提高。开路电压Voc 基本不随活性层厚度的变化而变化，但是短路电流密度Jsc和填充因子FF则变化较大，随着厚度的减小，Jsc的变化规律为先增大后减小，在厚度为63nm 时，Jsc 和PCE 都达到最大，这与理论上的分析是一致的。

热退火处理

在未经退火处理的P3HT:PCBM 共混体系中，PCBM 掺入P3HT分子链中，使得P3HT 处于无序状态。只要退火温度达到了聚合物的玻璃化转换温度(glass transitiontemperature)，那么退火处理就能使P3HT 由无序的非晶态转换为有序的晶态，即可使得P3HT 和PCBM 各自聚集, P3HT 排列更加有序，共轭长度增加。同时也增加了P3HT分子链相互作用，产生更多的共轭π-π电子，也降低了P3HT 体系中π-π间的带隙，增大了π-π间的光学跃迁。不同的退火温度和时间会造成共混体系不同的排列方式，并形成不同的互穿网络和表面形貌，从而对电池的性能造成不同的影响。如图4所示为不同温度处理后活性层薄膜的紫外-可见吸收光谱，由图可知，与未经过退火处理的薄膜相比，所有经过退火处理的薄膜的吸收强度都得到了增加，而且P3HT 的吸收峰在70℃至130℃的温度范围内不断的红移，

而且肩峰愈加明显，当温度达到150℃时，P3HT的吸收峰出现了大约8nm的蓝移。此外，在此过程中，PCBM 的吸收峰（大约在335nm处）和强度始终保持不变，可见退火处理会对P3HT的吸收光谱产生影响，而基本不对PCBM产生影响。

另外，经退火处理后，P3HT 由非晶态转换为晶态，这会大大提高空穴迁移率，使电流急剧增加。因此，我们可以看出，退火能使太阳能电池的性能得到极大的提高，这可由图5所证实。由图可知，经过退火处理后，短路电流密度Jsc 和F 都明显提高了，而且经110℃退火处理后，电池的性能最优。

除了温度外，退火时间也对退火的效果起着重要的作用。退火时间若太短，则P3HT可能未能全部结晶，或者结晶质量不佳，但若是退火时间太长了，则多余的能量会破坏已经形成的互穿网络而影响到电池的性能。所以，退火时间也应合适才能提高退火对太阳能电池性能的改善程度。研究表明，在不同的退火温度下，10min为最佳的退火时间，但超过10min 之后，电池性能也没有明显下降，有的甚至上升了。

图4 不同温度处理后活性层薄膜的紫外-可见吸收光谱

图5