1、蘇州大學本科生畢業設計（論文）學院(部)材料與化學化工學部題目低成本的萘二酰亞胺衍生物作為電子 傳輸層在有機太陽能電池中的應用摘要1Abstract2第一章 前言3第1.1節 有機太陽能電池3第1.2節 有機太陽能電池的反向結構及其工作原理4第1.3節 有機太陽能電池的界面材料4第1.4節 本文的設計思想6第二章 實驗部分7第2.1節 藥品及試劑信息7第2.2節 儀器與設備7第2.3節 器件的制備8第2.3.1節 NDIN及其衍生物的合成8第2.3.2節 器件制備8第2.4節 性能測試及表征9第三章 實驗結果及數據分析11第3.1節 不同電子傳輸層對器件性能的影響11第3.2節 不同濃度對器件

2、性能的影響13第3.3節 器件暗電流的表征16第3.4節 材料電子遷移率的表征16第3.5節 對器件光強依賴性的表征17第3.6節 成本分析18第3.7節 合成數據18第四章 結論21參考文獻22致謝23摘要自從有機太陽能電池被首次成功制備以來，至今已得到了巨大的發展。而相對于無機硅太陽能電池來說，有機太陽能電池有著成本更低、制備效率更高以及輕量化等優點，引起了科學界的廣泛關注。在本論文中，我們采用低成本的萘二酰亞胺衍生物NDIN與NDIN-MeI代替了傳統的ZnO材料作為電子傳輸層，并將NDIN與NDIN-MeI進行對比，比較結構差異對器件性能的影響。當NDIN溶液濃度為2 mg/mL時，該

3、器件的效率達到了最高，為7.16 %，其中FF=52.06 %,VOC=0.75 V, JSC=18.32 mA/cm2。當NDIN-MeI溶液濃度為1 mg/mL時，該器件的效率達到了7.50 %，其中FF=52.98 %,VOC=0.71 V, JSC=19.89 mA/cm2。相比于傳統的以ZnO為電子傳輸層的器件，電流得到了顯著提升，因此以萘二酰亞胺衍生物作為電子傳輸層制備有機太陽能電池有著很大的研究價值。關鍵詞：有機太陽能電池、反向結構、NDIN、NDIN-MeI、能量轉換效率作者：吳一昊 指導教師：李耀文副教授AbstractSince organic solar cells we

4、re successfully prepared for the first time, great progress has been made so far. Compared with inorganic solar cells, organic solar cells have the advantages of lower cost, higher production efficiency, and light weight, and have attracted widespread attention from the scientific community. In this

5、 paper, we used low-cost naphthalene diimide derivatives NDIN and NDIN-MeI instead of traditional ZnO materials as electron transport layers, and compared NDIN with NDIN-MeI to analyze its advantages and disadvantages. When the concentration of NDIN solution was 2 mg/mL, the efficiency of the device

6、 reached the highest, which was 7.16 %, where FF = 52.06 %, VOC = 0.75V, and JSC = 18.32 mA/cm2. When the NDIN-MeI solution concentration was 1 mg/mL, the efficiency of the device reached the highest, 7.50 %, where FF = 52.98 %, VOC = 0.71V, and JSC = 19.89 mA/cm2. Compared with the traditional devi

7、ces with ZnO as the electron transport layer, the current has been significantly improved. Therefore, it is of great research value to prepare organic solar cells using naphthalene diimide as an electron transport layer.Key Words：organic solar cells、invert structure、NDIN、NDIN-MeI、Photovoltaic conver

8、sion efficiency23第1章 前言1.1 有機太陽能電池太陽能，是一種易于取得的綠色可再生能源。正是因為它的這種特性，在人類的歷史上，太陽能一直被廣泛地使用著。從原始時代的利用陽光干燥衣物晾制食物，到近代利用凸透鏡聚焦陽光取火，再到現代的太陽能熱水器的使用，都是將太陽能轉換為熱能，再加以利用的例子。而隨著近代物理學的不斷發展，光電效應被發現，光可以被看作光子，這就開辟了光能轉化為電能的可能性。太陽能電池，就是用作于將光能轉化為電能的一種器件。而相對于無機太陽能電池來說，有機太陽能電池具有非常明顯的優點：1、通過高通量卷對卷印刷或其他低溫沉積技術，有機太陽能電池有著低成本生產的可能性

9、。2、由于制造過程規避了昂貴的凈化方法火能源密集型步驟，所以能源回收所需的時間更短，成本更低。3、由于有機化學工具箱的高通用性，給有機太陽能電池的制備帶來了更高的效率。4、在低光強條件下，有機太陽能電池的性能依舊良好，且有機太陽能電池的能量轉換效率與溫度正相關，因此能量利用率更高。5、有機太陽能電池所使用的大部分材料都無毒或低毒，且單位面積上的用量很低（每平方米僅使用幾克）。6、由于有機太陽能電池重量更輕，有更好的機械靈活性，所以有著用于新型移動設備的可能性。正是由于這些優點，有機太陽能電池一直是科學界的一大研究熱點。早在1959年，首個有機太陽能電池制備成功，其結構為單晶蒽1夾在兩個電極之間

10、。然而，該電池開路電壓僅有200 mV，能量轉換效率極低。直到1995年，Heeger2提出了電子給體與電子受體的概念，并用這兩種材料成功制備了有機太陽能電池，其效率達到了2.9 %。而到今天，有機太陽能電池的研究更是得到了有效的發展3，其能量轉換效率已經遠遠不是早期的有機太陽能電池能與之相比的了。除了給4受56體材料的選用之外，有機太陽能電池的結構同樣也對能量轉換效率有著舉足輕重的影響，其影響著光的吸收、電池內激子的生成與分離以及電子與空穴的傳輸。因此，合理地設計電池的結構，對于提高電池能量轉換效率來說，不失為一條可行的途徑。而相對于一些其他經典結構來說，有機太陽能電池的反向結構通過把光子的

11、吸收與載流子的傳輸分為兩個獨立的部分，有效地促進了激子的分離與電荷的擴散，對能量轉換效率的提高也有著促進的作用。1.2 有機太陽能電池的反向結構及其工作原理反向結構的有機太陽能電池（正極/空穴傳輸層/有機活性層/電子傳輸層/負極）屬于異質結有機太陽能電池的一種，且相對于其他異質結太陽能電池，能量轉換效率較高。該電池的工作原理主要分為以下幾個步驟：激子的產生、擴散以及電荷的分離、傳輸與收集。在共軛聚合物吸收的光子到達一定能量之后，就會有一個電子收到激發，從最高分子占據軌道躍遷到最低分子空軌道，并以此形成具有較強的束縛能的電子-空穴對，即以激子的形式存在。此后，受到光子激發所產生的激子，將會擴散到

12、給體與受體間的D/A界面，并分離為電子與空穴，在內建電場的作用下，通過不同的通道分別傳輸到陰極與陽極。在電子與空穴被電極收集后，電池即產生光伏效應。這一系列過程會受到給受體電子親和能的差別、給受體LUMO能級差以及材料電子遷移率等的影響。1.3 有機太陽能電池的界面材料界面材料處于活性層與電極之間，調整電極與活性層接觸面的材料7。在活性層與電極之間形成的界面對于高效穩定的有機太陽能電池器件來說必不可少。界面層主要有以下幾大功能：1、調整活性層與電極之間的能量勢壘高度。2、對載體進行選擇性的接觸與傳輸（即空穴傳輸層與電子傳輸層）。3、通過界面層的選擇性來確定有機太陽能電池器件的極性。4、防止活性

13、層與電極之間發生化學或物理反應，延長電池壽命。5、充當光學間隔物。正確地選擇界面層材料十分重要。表1-1列舉了在P3HT：PC61BM體系中8，選用不同界面材料所產生的影響，可見選用不同的界面材料對有機太陽能電池器件的能量轉換效率影響非常大。因此，改進界面材料的設計與應用，對于制備高效穩定的有機太陽能電池器件和模塊來說非常重要。因為未經修飾的界面接觸將大大限制，甚至降低器件的能量轉換效率。表1-1 P3HT:PC61BM在不同電子傳輸層條件下的器件性能器件結構PCE(%)FF(%)VOC(V)JSC(mA/cm2)ITO/Cs2CO3/P3HT:PCBM/V2O5/Al2.2562.10.56

14、8.42ITO/ZnO/P3HT:PCBM/Ag2.5847.50.55611.22ITO/TIOx/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Au3.1620.569.0ITO/PTE/TiOx/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Ag3.6640.5610.2ITO/ZnO/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Ag3.354.30.62311.17FTO/TiO2/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Au4.0751.10.64112.40想要正確地選擇合適的界面層，了解這些界面層（金屬9、金屬氧化物及一系列有機材料）的功能，并且使電極-界面層-活性層之間的能級匹配，是必不可少的

15、。在這一層面上，針對有機太陽能器件而開發的整數電荷模型1011體現出了很大的價值。這一理論預測了導電界面層和有機活性層之間的費米能級釘扎（Fermi level pinning）12，在這兩層之間能夠發生自發的電荷轉移時達到了平衡。而在導電界面層與有機活性層之間不發生電荷轉移時，費米能級釘扎也同樣不發生。另一方面，由于有機太陽能電池是作為一種太陽能轉換器存在的，因此在有機太陽能電池器件的設計過程中，其最佳的能量吸收應當是由太陽發射的能量。這就要求我們簡要地了解太陽光的性質，尤其是其光譜來源，其中包含有關每種能源對整體貢獻的信息以及光的能量。由于在有機太陽能電池器件中，界面層同時有著調整透過光譜

16、的作用，因此，合理選擇界面層對光的過濾作用，對正確地選擇界面材料也很重要。太陽光譜1.4 本文的設計思想通過以上幾個部分的討論，我們可以得到以下兩個結論：一、由于現今社會對于易于取得的綠色高效的能源的持續關注，太陽能的利用在新能源的開發中始終是一大重點。與此同時，因為有機太陽能電池相對于無機太陽能電池來說，有著難以取代的優勢，對有機太陽能電池的研究早已成為科學界的一大熱點。二、在有機太陽能電池器件的制備過程中，界面層材料的選取對于器件最終的能量轉換效率有著舉足輕重的作用。合理地選用界面層材料，對于提高器件的能量轉換效率來說，是一個十分重要的手段。而常用作于電子傳輸層的ZnO電導性尚不夠好，器件

17、電流密度JSC較低。NDIN及其衍生物NDI-N-MeI的出現，能夠有效克服ZnO的缺陷，從而有效提升有機太陽能電池的電流密度和器件穩定性。在本篇論文中，我們討論電子傳輸層對有機太陽能電池的光伏參數產生的影響，并通過調整制備器件時使用的條件找出NDIN及其衍生物的最佳適用條件。期望用萘二酰亞胺衍生物代替ZnO后有機太陽能器件的性能能夠得到提升，能夠達到最優的效率。第2章 實驗部分2.1 藥品及試劑信息表2-1 實驗主要使用藥品與其相關參數實驗藥品縮寫純度生產廠家聚3-己基噻吩P3HT99%Organtecsolar Materials Inc.Poly4,8-bis(5-(2-ethylhex

18、yl)thiophen-2-yl)benzo1,2-b;4,5-b'dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno3,4-bthiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl)PCE-1099%1-Material Organic Nano Electronic富勒烯C60 衍生物PC61BM99%Organtecsolar Materials Inc.富勒烯C70 衍生物PC71BM99%Organtecsolar Materials Inc.鄰二氯苯o-DCB99.5%北京百靈威科技有限公司三氟乙

19、醇TFE99.5%北京百靈威科技有限公司1,8-二碘辛烷DIO95%東京仁成株式會社2.2 儀器與設備表2-2 實驗所用主要儀器與設備設備名稱型號生產廠家超聲波清洗器KQ5200DE昆山市超聲儀器有限公司手套箱MB-200B-MOD德國布勞恩公司光譜相應測試儀QE-R3011Enli Technololy Co. Ltd.電熱鼓風干燥箱DHG-9035A上海一恒科學儀器有限公司臺式勻膠機KW-4A中國科學院微電子中心2.3 器件的制備2.3.1 NDIN及其衍生物的合成A.2,7-bis(3-(dimethylamino)propyl)benzolmn3,8phenanthroline-1,3

20、,6,8(2H,7H)-tetraone (NDIN)的合成步驟將1 g (3.73 mmol)的1,4,5,8-萘四甲酸酐加到30 mL的DMF中，抽充N2三次保護，加熱至90 ºC，然后把1.18 mL (9.32 mmol)的3-二甲氨基-1-丙胺逐滴加入至體系中，加熱至130 ºC，攪拌過夜。反應結束后，除去DMF，將留下的混合物用1 M的NaOH溶液洗滌后用50 mL的二氯甲烷萃取三次，接著用50mL的1 M的鹽酸溶液洗滌有機相三次，然后將水相調節至堿性，用50 mL的二氯甲烷萃取三次，合并有機相并萃取、干燥、旋蒸得到粗產物。最后用硅膠柱進行柱層析，展開劑為二氯甲

21、烷和三乙胺的混合溶液（體積比=500:5），濃縮得到0.936 g黃色固體，產率為57.5%。1H NMR (400 MHz, CDCl3) 8.76 (s, 4H), 4.81-3.88 (m, 4H), 2.43 (t, J = 7.0 Hz, 4H), 2.23 (s, 12H), 1.93 (dd, J = 14.6, 7.2 Hz, 4H).B.NDIN-MeI的合成步驟將0.3 g (0.69 mmol)的NDIN溶液20 mL的二氯甲烷中，抽充N2三次保護，在體系中逐滴加入0.5 mL的CH3I，加熱至45 ºC，攪拌過夜。反應結束后，除去二氯甲烷，將固體溶于DMSO，

22、在無水乙醚中析出，得到0.289 g的黃色固體，產率87.3%。1H NMR (400 MHz, d6-DMSO) 8.73 (s, 4H), 4.16 (t, J = 6.1 Hz, 4H), 3.75-3.40 (m, 4H), 3.03 (s, 18H), 2.16 (s, 4H).2.3.2 器件制備器件結構示意圖首先先將ITO/玻璃基底用丙酮擦洗干凈，然后用自來水+洗潔精、自來水各超聲清洗一遍，每遍20分鐘。然后再將基底依次放在去離子水、丙酮、異丙醇中超聲清洗兩遍，每遍15分鐘，然后將ITO/玻璃基底放在電熱鼓風干燥箱中烘干備用。將PCE-10與PC71BM以1:1.5 的比例溶于鄰

23、二氯苯中，放在60的加熱臺上進行攪拌溶解。待PCE-10與PC71BM完全溶解后，加入3 %的DIO，并繼續加熱攪拌30 min，備用。（1） 以ZnO為電子傳輸層的器件的制備首先將ZnO作為電子傳輸層材料，以3000 rpm、30 s的條件旋涂于ITO/玻璃基底上，隨后將旋涂完成的基底置于150的熱臺上退火15 min；然后進行有機活性層的旋涂，將經過DIO處理的PCE-10與PC71BM的混合溶液以1200 rpm、1 min的條件進行旋涂。旋涂完成后，蒸鍍10 nm的三氧化鉬作為空穴傳輸層。最后蒸鍍100 nm的Al作為負極。（2） 以NDIN作為電子傳輸層的器件的制備首先將NDIN（2

24、 mg/mL，以三氟乙醇為溶劑）作為電子傳輸層材料，以3000 rpm、30 s的條件旋涂于ITO/玻璃基底上，隨后將旋涂完成的基底置于150的熱臺上退火10 min；然后進行有機活性層的旋涂，將經過DIO處理的PCE-10與PC71BM的混合溶液以1200 rpm、1 min的條件進行旋涂。旋涂完成后，蒸鍍10 nm的三氧化鉬作為空穴傳輸層。最后蒸鍍100 nm的Al作為負極。（3） 以NDI-N-MeI作為電子傳輸層的器件的制備首先將NDI-N-MeI（1 mg/mL，以三氟乙醇為溶劑）作為電子傳輸層材料，以3000 rpm、30 s的條件旋涂于ITO/玻璃基底上，隨后將旋涂完成的基底置于

25、150的熱臺上退火10 min；然后進行有機活性層的旋涂，將經過DIO處理的PCE-10與PC71BM的混合溶液以1200 rpm、1 min的條件進行旋涂。旋涂完成后，蒸鍍10 nm的三氧化鉬作為空穴傳輸層。最后蒸鍍100 nm的Al作為負極。2.4 性能測試及表征（1） 對器件性能的測試本實驗以AAA級1.5 G太陽光模擬器模擬太陽光，并在氮氣氣氛下使用Keithley 2400 源表對有機太陽能電器器件進行測試，并以此得到有機太陽能電池的光伏參數（JSC-短路電流、VOC-開路電壓、FF-填充因子、PCE-能量轉換效率、Rsh-串聯電阻、Rs-并聯電阻）以及該器件的J-V（電流密度-電壓

26、）曲線。本實驗光電流校正所使用儀器為光焱科技QE-R3011 ，校正得EQE曲線。VOC（最大開路電壓）：在一個太陽光照射下，有機太陽能電池器件正負極之間斷路時的電壓。JSC（最大短路電流）：在一個太陽光照射下，有機太陽能電池器件正負極之間短路時的電流。FF（填充因子）=，填充因子受到器件的質量影響，有機太陽能電池的質量越高，填充因子的數值即越大。PCE（能量轉換效率）=，能量轉換效率指有機太陽能電池器件將入射光所具有的光能轉換為電池電能的百分比。能量轉換效率越高，即PCE的值越高，則說明器件性能越好。EQE（外量子效率）=，其中Plight：入射光功率，：入射光波長。提升外量子效率主要有三個

27、途徑：1、提升激子的擴散能力；2、增強電荷的收集效率；3、增強器件對光的吸收。（2） 對材料電子遷移率及暗電流的表征A. 對電子遷移率的表征本實驗以AAA級1.5 G太陽光模擬器模擬太陽光，并在氮氣氣氛下使用Keithley 2400 源表對有機太陽能電器器件進行測試，對有機太陽能電池的電子傳輸層材料的電子遷移率進行表征，對該材料的電導率進行分析。B. 對暗電流的表征本實驗在隔絕光照條件下，將器件置于氮氣氣氛中，使用Keithley 2400 源表對有機太陽能電池器件進行測試，對其在外加電場下的暗電流進行表征。第3章 實驗結果及數據分析3.1 不同電子傳輸層對器件性能的影響表3-1 不同電子傳

28、輸層條件下器件的光伏參數電子傳輸層PCE（%）FF（%）VOC（V）JSC（mA/cm2）ZnO8.4659.600.7818.198.2460.110.7917.43NDIN7.1652.060.7518.326.9050.720.7717.62NDIN-MeI7.2953.750.7119.027.5052.980.7119.89圖3-1 不同電子傳輸層OPV器件的J-V曲線圖3-2 不同電子傳輸層OPV器件測試外量子效率所得曲線圖3-1 展示了電子傳輸層為不同材料時，0.1 cm2器件的J-V曲線，由圖中的信息，我們可以得到各OPV器件的PCE、FF、JSC、VOC等光伏參數。將從圖3-

29、1中得到的光伏參數歸納到表3-1中，我們就可以明顯地看到，以NDIN-MeI為電子傳輸層時，該器件的JSC（最大短路電流）相對于以ZnO、NDIN為電子傳輸層的器件有著明顯的提升（相對于ZnO器件，短路電流從18.19 mA/cm2提升到了19.89 mA/cm2；相對于NDIN器件，短路電流從18.32 mA/cm2提升到了19.89 mA/cm2），這說明相比ZnO與NDIN，NDIN-MeI有著更好的電導性，與電極和活性層之間有著更好的界面接觸，能夠更好地促進電荷的傳輸與收集，克服ZnO與NDIN器件的一部分缺陷，使器件性能得到提高。圖3-1 展示了電子傳輸層為不同材料時，0.1 cm2

30、器件的EQE（外量子效率）曲線。由圖中的信息我們可以看到，器件在波長為300 nm到900 nm（即可見光與近紅外波段）均為光譜響應區，以及在350 nm-450 nm范圍內，以NDIN與NDIN-MeI為電子傳輸層的器件光譜響應要顯著高于以ZnO為電子傳輸層的器件。由圖中可以得到，以ZnO為電子傳輸層的OPV器件的光譜響應峰值大約為75%80%，積分光電流密度為17.34 mA/cm2；以NDIN為電子傳輸層的OPV器件的光譜響應峰值大約為80%85%，積分光電流密度為17.86 mA/cm2；以NDIN-MeI為電子傳輸層的OPV器件的光譜響應峰值大約為84%90%，積分光電流密度為18.

31、79 mA/cm2。三者EQE所得出的積分光電流密度均符合由圖3-1中J-V曲線所得出的短路電流密度。3.2 不同濃度對器件性能的影響表3-2 以不同濃度的NDIN作為電子傳輸層的OPV器件的光伏參數NDIN溶液濃度PCE（%）FF（%）VOC（V）JSC（mA/cm2）1mg/mL7.2754.270.7318.272mg/mL7.5453.880.7618.433mg/mL6.8350.200.7518.03圖3-3 以不同濃度的NDIN作為電子傳輸層的OPV器件的J-V曲線為了探究NDIN作為電子傳輸層在器件中的最佳適用條件，我們對旋涂所使用的NDIN溶液的適宜濃度進行了探究。由表3-2

32、的光伏參數與圖3-3的J-V曲線可知，當NDIN濃度為2 mg/mL時，器件能達到7.54 %的效率，能量轉換效率最高；而同樣條件下，濃度為1 mg/mL和3 mg/mL時效率分別為7.27 %和6.83 %。相對于濃度為1 mg/mL時，器件的開路電壓得到了提高，說明界面修飾效果更加顯著，器件的效率也得到了相應的提升；相對于3mg/mL時，器件的電流得到了提升，說明3 mg/mL時界面層過厚，影響了電荷的傳輸，從而影響到了器件的效率。 表3-3 以不同濃度的NDIN-MeI作為電子傳輸層的OPV器件的光伏參數NDIN-MeI溶液濃度PCE（%）FF（%）VOC（V）JSC（mA/cm2）0.

33、5 mg/mL6.0948.660.7517.621.0 mg/mL7.2953.890.7319.061.5 mg/mL6.7251.320.7716.80圖3-4 以不同濃度的NDIN-MeI作為電子傳輸層的OPV器件的J-V曲線采用NDIN-MeI作為電子傳輸層時，我們也探究了其最佳適用濃度。由表3-3的光伏參數與圖3-4的J-V曲線可知，當NDIN-MeI濃度為1 mg/mL時，器件能達到7.29 %的效率，能量轉換效率最高；而同樣條件下，濃度為0.5 mg/mL和1.5 mg/mL時效率分別為6.09 %和6.72 %。在NDIN-MeI濃度為1 mg/mL時，器件的填充因子FF要顯

34、著高于另外兩種濃度，這說明濃度在1 mg/mL時，NDIN-MeI作為界面層材料對活性層與電極之間界面修飾的作用達到最大，使器件質量有了顯著的提升，由此使能量轉換效率得到了提高。另一方面，對接觸界面良好的修飾作用也促進了電荷的傳輸，因此濃度為2 mg/mL時，器件的短路電流也是最高的，這也會對器件的效率產生影響。3.3 器件暗電流的表征圖3-5 NDIN與NDIN-MeI的暗電流曲線由圖3-5中可以看出，電壓為-1.5V時，J1（NDIN）高于J2（NDIN-MeI），而電壓為1.5V時，J1低于J2。在暗電流的表征中，左端J數值越低表明漏電流越小，而右端J1/J2比例越大，表明器件的二極管效

35、應越好，器件界面之間有著良好的歐姆接觸。因此，由圖3-5，我們可知，相對于以NDIN作為電子傳輸層的器件，NDIN-MeI作為電子傳輸層時，漏電流更小，歐姆接觸更好。3.4 材料電子遷移率的表征圖3-6 測量ITO/NDIN or NDIN-MeI/Ca/Al 器件的J-V曲線為了表征NDIN與NDIN-MeI兩種材料的電子輸送能力，我們采用了空間電荷限制電流測量法來研究器件的電子遷移率。如圖3-5所示，NDIN-MeI的電導率顯著高于NDIN。由此我們可以作出合理推斷：在NDIN中引入-MeI基團能顯著提高其電荷輸送能力，大大增強其電子遷移率。這一推斷與表3-1中的光伏參數以及圖3-1 中的

36、J-V曲線相符。3.5 對器件光強依賴性的表征圖3-7 經過擬合的不同電子傳輸層器件的a) VOC b) JSC與光強的自然對數之間的關系通過觀察VOC對光強的依賴性，可以研究器件界面處的缺陷狀態。已經證明，VOC與光強的自然對數之間斜率大于1 kT/q的較強依賴性可能由界面缺陷誘導的單分子重組導致。由圖3-5a中可以看出，NDIN的斜率（1.87 kT/q）遠遠大于NDIN-MeI的斜率（1.26 kT/q），這說明以NDIN-MeI為電子傳輸層材料時，界面處的缺陷態要遠遠少于以NDIN為電子傳輸層的器件。由圖3-5b可以看到，在JSC與光強的自然對數之間的線性關系中，提取的值分別為0.88

37、（NDIN）和0.89（NDIN-MeI），這表明在器件結構中，兩種電子傳輸層材料對雙分子復合的影響并不強。3.6 成本分析表3-4 合成所需試劑及價格名稱純度含量生產廠家價格1,4,5,8-萘四甲酸酐96%薩恩化學技術（上海）有限公司418元/25g二甲氨基丙腈阿拉丁132元/25mL碘甲烷化學純永華化學科技（江蘇）有限公司400元/100mL二氯甲烷分析純99.5%江蘇強盛功能化學股份有限公司16.35/500mL三乙胺分析純99.5%國藥集團化學試劑有限公司180元/100mL無水乙醚分析純99.5%江蘇強盛功能化學股份有限公司8.42元/500mL鹽酸分析純3638%江蘇強盛功能化學股

38、份有限公司4.77元/500mL無水硫酸鎂 分析純 98.0%國藥集團化學試劑有限公司37元/500g氫氧化鈉分析純96.0%江蘇強盛功能化學股份有限公司8.40元/500g硅膠(200300目) 精制型 青島海洋化工廠分廠37.79元/500g所列出來的藥品及試劑都可以直接從市場上購買。根據合成過程計算可得NDIN的制備成本約為56.86元每克，產率約為57.5%；NDIN-MeI的成本約為68.21元每克，產率約為87.3%。3.7 合成數據核磁共振氫譜(1H-NMR)采用UNITYINOVA-400超導核磁共振譜儀測試分析得到。第4章 結論1、 選用不同的電子傳輸層對有機太陽能電池的器件

39、性能有著顯著的影響，相比于傳統的ZnO材料，采用NDIN與NDIN-MeI作為電子傳輸層時，器件的短路電流有著明顯的提升。2、 旋涂時所使用的溶液的濃度會影響到界面層的厚度，選擇合適的濃度，是改善界面層修飾效果，改良活性層與電極間界面接觸，從而提高器件效率的有效途徑。3、 相比于NDIN，NDIN-MeI有著更明顯的優勢。其歐姆接觸更好、電導率更高、界面處缺陷更少。因此以NDIN-MeI作為電子傳輸層時，器件性能也要優于使用NDIN時。4、 NDIN與NDIN-MeI合成所需材料都可由市場購得，相對其他電子傳輸層材料，原料取得更方便，成本更低廉。5、 最終，我們選用2 mg/mL的NDIN溶液進行電子傳輸層的旋涂，得到的最優效率為7.16 %，其FF=52.06 %,VOC=0.75 V,JSC=18.32 mA/cm2；選用選用1 mg/mL的NDIN-MeI溶液進行電子傳輸層的旋涂，得到的最優效率為7.50