摘要：为了增进无机半导体和有机聚合物半导体之间的相容性，优化电池的光电性能，基于一维无机TiO2纳米棒有序阵列和有机聚合物PCPDTBT，构建了一种结构为TiO2/PCPDTBT的杂化太阳电池。用一种有机三苯胺类两亲分子来调控此无机、有机材料的两相表/界面性质。采用SEM，TEM，XRD，EDS，UVvis，PL等方法对杂化膜电极进行表征。电池性能测试表明，表/界面修饰后太阳电池的性能得到提高，电池效率η为0.81%；开路电压衰减测试表明，异质结表/界面经修饰后，杂化太阳电池的电子寿命有所提高。因此，通过异质结表/界面修饰改善活性层的形貌结构对电池性能有重要影响。
关键词：太阳能；杂化太阳电池；表/界面修饰；激子分离；电子寿命；光电性能
中图分类号：O649.2文献标志码：A
Abstract：In order to improve the compatibility between inorganic semiconductor and organic polymer semiconductor， and optimize the photoelectric performance of the battery， a hybrid solar cell of TiO2/PCPDTBT based on one dimensional inorganic TiO2 nanorods ordered arrays and organic polymer PCPDTBT is constructed. The heterojunction interface properties between the inorganic and organic materials are controlled by amphiphilic organic triphenylaminetype molecules. The properties of the hybrid films are characterized by scanning electron microscope （SEM）， transmission electron microscope （TEM）， Xray diffraction （XRD）， energy dispersive spectrometer （EDS）， UVvis spectra （UVvis）， photoluminescence spectroscopy （PL）， etc.. The battery performance tests demonstrate that the photovoltaic performance of the modified cell is improved， and the power conversion efficiency η is of 0.81%. Open circuit voltage decay tests demonstrate that the electron lifetime is increased after heterojunction surface/interfacial modification. These results indicate that the amelioration of morphology and structure of the active layer plays an important role on solar cell performance， by means of modification of the heterojunction surface/interface.
Keywords：solar energy；hybrid solar cell；surface/interfacial modification；exciton dissociation；electron lifetime；photovoltaic performance
煤炭、石油等不可再生能源的短缺及其使用過程中带来的环境污染，使能源和环境问题成为制约国际社会经济发展的瓶颈。越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发利用太阳能资源，寻求经济发展的新动力。研制太阳能电池，实现光能到电能的转化，成为目前极具发展前景的研究方向之一。 无机/有机杂化太阳电池（hybrid solar cell，简写为HSC）的光吸收层由无机半导体和有机聚合物半导体组成[12]。活性层的形貌结构是影响电荷分离、传输、复合以及电池性能的重要因素[3]。目前，活性层多采用无机、有机材料混杂的异质结结构，以及具有直接电子传输通道的有序框架结构[4]。从原理上讲，光照射到活性层上时，产生光生激子；激子在有机聚合物内迁移并只有迁移至有机、无机材料的异质结界面处，在内建电场的作用下才能发生有效的电荷分离[2]。然而，有机聚合物与无机纳米材料之间的化学不相容问题的存在，使二者不能形成良好的接触，从而导致低效率的电荷分离和严重的电荷复合[57]。通过改性处理无机半导体表面[810]、引入有机分子[2，1112]、化学键合[1314]等方法可以改善异质结表/界面性质，从而优化电池性能。河北科技大学学报2017年第5期裴娟，等：异质结表/界面修饰对杂化太阳电池性能的优化本研究基于一维无机TiO2纳米棒有序阵列和有机聚合物聚[2，6（4，4双（2乙基己基）4H环戊[2，1b；3，4b"]双噻吩）交替4，7（2，1，3苯并噻二唑）]（简写为PCPDTBT）两种材料，构建结构为TiO2/PCPDTBT的杂化太阳电池，并用一种两亲性的有机三苯胺分子[15]（Z）2（5（4 （（4（2，2二苯基乙烯基）苯基）（苯基）氨基）亚苄基）4氧代2硫代噻唑烷3基）乙酸（简写为HM），作为表/界面修饰剂修饰异质结的表/界面，旨在增进无机半导体和有机聚合物半导体之间的相容性，减少无机半导体和有机聚合物的宏观相分离，形成三维互穿导电网络结构，以优化电池的光电性能[1620]。