电池结构对大面积有机太阳能电池性能的影响

胡雪花 温彬彬

摘 要：本文采用喷涂法制备了器件结构为ITO/PEDOTPSS/P3HT：PCBM/LiF/Al的有机太阳能电池，研究了不同电池组结构对大面积有机太阳能电池性能的影响。研究发现，串并联结构大面积有机太阳能电池能大大提高电池的光电性能，能量转换效率为0.91%，明显优于其他结构的电池组件。

关键词：喷涂；有机太阳能电池；P3HT：PCBM；大面积；串并联

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.094

1 引言

有机太阳能电池具有很多优点，是众多科研工作者的研究热点[1-4]，目前PTB7：PC71BM体系的电池的转换效率最高有7.4%，但是电池的有效面积只有0.1cm2[5]，虽然转换效率已经比较高，但由于电池的有效面积较小，无法实现实用化。本文致力于采用喷涂技术制备大面积有机太阳能电池，并对不同电池结构对电池性能的影响进行了系统的研究分析。

2 实验过程

首先采用光刻的方法将ITO玻璃进行图形化并清洗，喷涂PEDOT：PSS，喷涂P3HT和PCBM溶液。最后，蒸镀LiF和Al阴极。

3 结果与讨论

本文分别制备了简单十字交叉结构、正交矩阵结构、金属网格辅助电极结构、串并联结构四种结构的大面积有机太阳能电池组件，如图1所示。

如图2所示为不同结构大面积器件的J-V特性曲线，可见简单十字交叉结构电池性能最差，主要是因为ITO电极表面电阻大，薄膜瑕疵的概率大。采用正交矩阵结构的大面积器件性能明显提高，但器件的填充因子没有明显的改善。这是因为采用正交矩阵结构制备的大面积器件在一定程度上降低了薄膜缺陷对整个器件造成的影响，但是ITO电极的长度更长，ITO薄膜表面电阻仍然比较大。金属网格辅助电极结构大面积有机太阳能电池器件性能较正交矩阵结构的器件进一步提高，但器件的開路电压明显较其他器件低。器件短路电流密度提高的最主要的原因是金属网格降低了ITO电极的表面电阻。串并联结构大面积器件的性能较其他结构器件的性能大大提高，填充因子也有所提高。这是因为串并联结构中单个电池的面积较小，有效面积越小则器件的性能越好，通过单个小面积器件的串联与并联很好的解决了ITO表面电阻及大面积薄膜缺陷对器件性能造成的影响。

4 结论

本文基于喷涂技术分别四种结构的大面积有机太阳能电池组件，对不同电池组件结构对电池性能的影响进行了探索和分析，实验结果表明采用串并联结构制备的有机太阳能电池组件光电性能最佳。

参考文献：

[1]Krebs F C，Gevorgyan S A，Alstrup J.A roll-to-roll process to flexible polymer solar cells： model studies， manufacture and operational stability studies[J].J.Mater.Chem.19.30（2009）：5442-5451.

[2]Medford A J，Lilliedal M R，J?rgensen M，et al.Grid-connected polymer solar panels：initial considerations of cost，lifetime，and practicality[J].Opt.Express，18（2010） A272-A285.

[3]Yip H L，Hau S K，Baek N S，et al.Self-assembled monolayer modified ZnO/metal bilayer cathodes for polymer/fullerene bulk-heterojunction solar cells[J].Appl.Phys.Lett.92（2008） 193313-1-193313-3.

[4]Thompson B C，Fréchet J M J.Polymer-fullerene composite solar cells[J].Angew.Chem.Int.Ed.47（2008）58-77.

[5]Liang Y，Xu Z，Xia J，et al.For the bright future—bulk heterojunction polymer solar cells with power conversion efficiency of 7.4%[J].Adv.Mater.22（2010）E135-E138.

作者简介：胡雪花（1987-），女，河北石家庄人，硕士，助教，研究方向：新能源类教学与科研。