聚合物太陽能電池一般由共軛聚合物給體和富勒烯衍生物受體的共混膜夾在ITO透明正極和金屬負(fù)極之間所組成，具有結(jié)構(gòu)和制備過程簡單、成本低、重量輕、可制備成柔性器件等突出優(yōu)點，近年來成為國內(nèi)外研究熱點。傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)使用透明導(dǎo)電聚合物PEDOT:PSS修飾ITO電極作為正極、低功函數(shù)活潑金屬作為負(fù)極。

PEDOT:PSS修飾層由酸性PEDOT:PSS水溶液旋涂在ITO玻璃上，酸性PEDOT:PSS對ITO具有腐蝕作用，同時器件頂部的活潑金屬負(fù)極極易與環(huán)境中的水氧發(fā)生反應(yīng)，這些嚴(yán)重影響器件的穩(wěn)定性和工作壽命。

　　近年來興起的反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池使用低功函數(shù)材料修飾ITO電極作為負(fù)極、高功函數(shù)穩(wěn)定的頂部電極作為正極，大大提高了器件的穩(wěn)定性。但是，當(dāng)前反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池使用的負(fù)極修飾層材料主要是ZnO或TiO2納晶，它們需要高溫(>200oC)熱處理才能具有較好的性能，這不適合在大面積柔性電極上的應(yīng)用。因此，開發(fā)廉價、可溶液加工以及低溫處理的負(fù)極修飾層對于將來柔性聚合物太陽能電池的實際應(yīng)用具有非常重要的意義。

　　最近，在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的支持下，化學(xué)研究所有機固體院重點實驗室與高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室和華北電力大學(xué)合作，使用廉價、醇溶性鈦螯合物TIPD修飾ITO電極作為負(fù)極，制備了反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池(器件結(jié)構(gòu)和相關(guān)材料的分子結(jié)構(gòu)見圖1)。在AM1.5, 100 mW/cm2光照條件下，該反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7.4%，而同樣活性層傳統(tǒng)正向結(jié)構(gòu)器件的效率為6.4%(器件J-V曲線和光伏性能數(shù)據(jù)見圖1)。7.4%為反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池當(dāng)前文獻(xiàn)報道最高效率之一。

　　相關(guān)論文發(fā)表在Adv. Mater.(2012, 24, 1476-1481)上。

　　研究人員于2006年首次將TIPD用于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池的負(fù)極修飾層，使基于MEH-PPV/PCBM的聚合物太陽能電池的效率從無此修飾層的1.66%提高到2.52%(Appl Phys Lett, 2007, 91: 023509)。這一電極修飾層材料獲授權(quán)中國發(fā)明專利1項(“一種聚合物太陽能電池及其制備方法”，專利號：ZL 2006 1 0089192.3)。近期，他們又將TIPD用于反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池，使用TIPD修飾ITO作負(fù)極、MoO3/Al作為正極、PBDTTT-C/PC70BM的共混膜為活性層構(gòu)筑了反向結(jié)構(gòu)器件。同時研究了TIPD修飾層熱處理溫度對器件光伏性能的影響，發(fā)現(xiàn)60oC熱處理后使TIPD表面由親水變?yōu)樵魉?50oC處理10分鐘的修飾層器件性能最佳。這一最佳熱處理溫度與傳統(tǒng)器件PEDOT:PSS修飾層的熱處理溫度相同，保證了TIPD修飾層將來在柔性基底電極上的應(yīng)用。
 

使用醇溶性TIPD為負(fù)極修飾層、基于PBDTTT-C/PC70BM的反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)和光伏性能