前言 有機太陽能電池（OSCs）是一種將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的新型光伏 技術(shù)，一般采用透明電極/光活性層/金屬電極的三明治夾心結(jié)構(gòu)。 其中，活性層是有機太陽能電池最重要最核心的組成部分，是決定 電池轉(zhuǎn)換效率高低的重要因素之一，通常由p-型共軛聚合物給 體和n-型半導(dǎo)體受體材料共混制備。有機聚合物太陽能電池是以有機聚合物材料為活性層，可與柔性襯底很 好的結(jié)合，具有材料來源廣、重量輕、制備工藝簡單、柔性等優(yōu)良特點而成為人們近年來的研究熱點。 使用共軛聚合物作為電子給體，富勒烯及其衍生物作為電子受體的聚合物/富勒烯太陽能電池是最為熱點的 研究方向。通過分子設(shè)計的策略，優(yōu)化聚合物和富勒烯及其衍生物的基本性能，例如兩者的吸收光譜，分子能 級及遷移率，以及結(jié)晶度高低，從而影響電池的能量轉(zhuǎn)換效率。其中，活性層材料結(jié)晶度的大小與電池的能量 轉(zhuǎn)換效率也密切相關(guān)，通過差示掃描量熱儀可直接測試出活性層材料的熔融焓，進(jìn)而推斷出材料結(jié)晶度的高 低，結(jié)合后續(xù)電池的能量轉(zhuǎn)換效率大小，進(jìn)而推斷出活性材料中電子給體和電子供體的最佳比例。

本著上述測試需求，本文利用PerkinElmer公司的DSC 4000差示掃描量熱儀（下圖1），分別測試了聚合物（DBT）和富勒烯 （PCBM）四種不同配比的活性層材料的升溫曲線，通過熔融吸 收峰計算出四種不同配比材料的熔融焓，進(jìn)而推斷出活性層材 料結(jié)晶度的高低以及分子排列的規(guī)整程度。

實驗方法

本次實驗我們采用PerkinElmer公司DSC 4000差式掃描量熱 儀，實驗初始溫度30℃，溫度掃描范圍30-300℃，載氣為N2，流 速20mL/min，升溫和降溫階段均采用20℃/min的升降溫速率， 為了使樣品溫度趨于穩(wěn)定，初始和結(jié)束溫度均等溫1min。為了 消除樣品本身的熱歷史得到準(zhǔn)確的熱流曲線和樣品的熔融焓， 我們對樣品進(jìn)行兩次升溫，取第二次升溫曲線，計算樣品的熔 融焓。實驗前，配置四種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚合物（DBT）和富勒 烯（PCBM）活性層材料，聚合物（DBT）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、 20%、40%、50%。

實驗結(jié)果

截取聚合物（DBT）和富勒烯（PCBM）四種不同配比的活性層材 料的第二次升溫曲線，如圖3所示。從圖中可看出四個樣品的熔 融峰值都出現(xiàn)在223℃附近，隨著DBT質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，樣品的 熔融焓不斷提升，通過軟件自帶的峰面積（Peak Area）計算軟 件，我們可得出四種不同配比樣品的熔融焓Delta H分別為 3.497J/g、5.454J/g、15.296J/g、18.374J/g。隨著DBT質(zhì)量分?jǐn)?shù) 的提高，電池活性層材料的熔融焓不斷提升，材料內(nèi)部的相容 性更好，分子排列更規(guī)整。但是，活性材料中，DBT質(zhì)量分?jǐn)?shù)太 高有可能會影響電子的傳輸效率，進(jìn)而影響電池的轉(zhuǎn)換效率。 后續(xù)需要結(jié)合電池的能量轉(zhuǎn)換效率大小，進(jìn)而推斷出活性材料 中聚合物（DBT）和富勒烯（PCBM）的最佳配比。

結(jié)論

本文采用DSC 4000差示掃描量熱儀，對有機太陽能電池中活 性層材料進(jìn)行熱流曲線測試，根據(jù)熔融峰計算得到材料的熔融 焓，進(jìn)而判斷材料內(nèi)部的分子排列規(guī)整度和相容性。 DSC 4000 優(yōu)異的溫度以及量熱準(zhǔn)確度，搭配Pyris軟件，可以滿足樣 品熱流和熔融焓的測試需求；軟件中峰面積（Peak Area）計算 功能，簡化了數(shù)據(jù)處理步驟，提高了實驗效率。