石墨烯量子点作为阳极界面层的聚合物太阳能电池.docx资源-CSDN文库

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由于柔性、可溶液加工、质量轻、成本低等优点，聚合物太阳能电池得到了广泛关注

[1-4]

。近年来，单结聚合物太阳能电池的效率已经达到 16%以上

[5]

，这主要是因为聚合物太

阳能电池器件结构的改善和新材料的发展

[6-7]

。其中，界面材料的改进对于制备高性能的聚

合物太阳电池起到了至关重要的作用，因为界面层修饰电极后，可以形成界面偶极子，从

而降低活性层与电极间的能级势垒，有利于形成欧姆接触，有利于载流子的注入与导出，

从而使电池的性能得到一定程度的提升。对于阳极界面层(AIL)，需要高功函数匹配活性层

中给体材料的最高占有分子轨道；而阴极界面层则需要低的功函数匹配活性层中受体材料

的最低未占有分子轨道。因此，选择合适功函数的阳极或阴极界面层修饰电极对于实现高

性能的聚合物太阳能电池的制备十分关键

[8-10]

。目前，常见的阳极界面层有导电聚合物

PEDOT: PSS

[11]

、无机氧化物

[12-13]

、氧化石墨烯及其衍生物

[14-15]

等，而常见的阴极界面材料

有金属

[16]

、金属盐

[17]

、无机半导体金属氧化物

[18]

等。

石墨烯量子点(GQDs)是一种单层或者少层的石墨烯碎片，其横向尺寸一般在 100 nm

以下

[19-20]

，具有高电导率、高透光性、光学稳定性及可调节性等特性。石墨烯材料已经作

为界面层和半导体材料应用于聚合物太阳能电池。GQDs 表面的氧官能团使其表现出良好

的水溶性而易于溶液加工，也为功能化反应提供了反应活性位点。因此，GQDs 可通过不

同的功能化反应调控修饰电极的功函数，用于聚合物太阳能电池的界面层。例如，Ding 等

[21]

报道了边缘羧基化的少层石墨烯片层的 GQDs 具有较高的功函数和较好的成膜性，用于

聚合物太阳能电池的阳极界面层可以实现比 PEDOT: PSS 器件更高的效率。Zhang 等

[22]

在

GQDs 中引入第一主族元素，有效降低了 GQDs 修饰阴极的功函数，提升了将低功函数

GQDs 作为阴极界面层的聚合物太阳能电池性能。尽管已经开展了将部分 GQDs 作为聚合

物太阳能电池界面层的工作，但如何逐步增加 GQDs 修饰阳极的功函数，并系统研究其对

聚合物太阳能电池性能的影响的工作还较少。

鉴于此，将含有卤族元素的苯肼小分子与 GQDs 进行一步功能化反应，合成了一系列

含有 I、Br、Cl、F 元素的 X-GQDs 材料。实验结果表明，随着 I、Br、Cl、F 电负性的增

加，X-GQDs 修饰电极的功函数随之增加；将不同 X-GQDs 用于 PM6:Y6 聚合物太阳能电

池的阳极界面层，获得了高效率的聚合物太阳能电池；基于 F-GQDs 的聚合物太阳能电池

的光电转换效率最高，达 11.75%。因此，应用 X-GQDs 提升阳极功函数是一种提升聚合物

太阳能电池性能的方法。

1. 实验

1.1 实验原料

光谱级石墨棒(99.9%)购自 Sigma-Aldrich。4-氟苯肼盐酸盐(99%)、4-氯苯肼盐酸盐

(99%)、4-溴苯肼盐酸盐(99%)和 4-碘苯肼盐酸盐(99%)购于 Alfa Aesar。PM6、Y6 和 PDIN

购自 Solar Materials Ins。甲醇(分析纯)和乙醚(分析纯)购自西陇化工股份有限公司。乙醇

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