活性層摻雜及陰極修飾在聚合物太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用

【摘要】：本論文圍繞聚3-己基噻吩：富勒烯(P3HT:PCBM)體系太陽(yáng)能電池展開研究,主要內(nèi)容分為三個(gè)部分：首先系統(tǒng)地研究了多環(huán)芳香烴小分子摻雜在聚合物光伏活性層中的作用,接著將石墨炔引入到器件中,探討了其在聚合物光伏器件中的應(yīng)用；最后采用不同有機(jī)小分子作陰極修飾層,并對(duì)比分析了其對(duì)光伏器件性能的影響。 1.系統(tǒng)地研究了四種多環(huán)芳香烴分子(并五苯、二萘嵌苯、菲、嵌二萘)以不同的比例摻雜在P3HT:PCBM活性層中對(duì)器件性能產(chǎn)生的作用。摻雜比例范圍選擇在0%-1.5%。結(jié)果表明,多環(huán)芳香烴分子在摻雜活性層之后,對(duì)器件的短路電流(Jsc)有明顯影響,對(duì)開路電壓(Voc)和填充因子(FF)影響相對(duì)較小。在摻雜比例較小時(shí)(小于1%)對(duì)活性層薄膜的形貌影響很小,薄膜粗糙度僅有微小改變。通過(guò)對(duì)比分析材料的能級(jí)結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)當(dāng)摻雜分子的能級(jí)與給、受體材料能級(jí)匹配時(shí),適當(dāng)?shù)膿诫s比例有利于光生激子在活性層中解離效率的提高,從而提高了器件性能。 2.將石墨炔引入到聚合物活性層中,當(dāng)石墨炔作為受體材料與給體材料P3HT形成混合異質(zhì)結(jié)時(shí),沒有發(fā)現(xiàn)明顯的光電響應(yīng)。當(dāng)其作為摻雜劑加入到P3HT:PCBM活性層中時(shí),通過(guò)改變不同的摻雜比例,器件的Jsc可以有較大提高。這是由于石墨炔穩(wěn)定的二維結(jié)構(gòu)及良好的半導(dǎo)體特性有利于在P3HT:PCBM網(wǎng)絡(luò)中形成良好的電荷收集和傳輸通道,增強(qiáng)了載流子向電極的傳輸,從而提高了器件的短路電流。 3.將具有電子傳輸特性的有機(jī)小分子材料(PBD、Alq3、Zn(BTZ)2)作為陰極修飾薄層引入到聚合物光伏器件中,并對(duì)上述三種小分子作陰極修飾進(jìn)行對(duì)比研究。通過(guò)分析陰極修飾器件的電壓-電流曲線、能級(jí)結(jié)構(gòu)、暗電流,發(fā)現(xiàn)小分子陰極修飾可以使得器件的內(nèi)建電場(chǎng)增大,從而提高器件Voc,而過(guò)厚的陰極修飾層會(huì)使電子和空穴在小分子層中重新復(fù)合使短路電流下降。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)太陽(yáng)能電池 多環(huán)芳香烴分子 石墨炔 摻雜 陰極修飾
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序9-13
• 1 引言13-35
• 1.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池的研究背景13-15
• 1.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及基本工作原理15-20
• 1.2.1 單層結(jié)構(gòu)15-16
• 1.2.2 雙層結(jié)構(gòu)16
• 1.2.3 體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)16-17
• 1.2.4 聚合物太陽(yáng)能電池的工作原理17-20
• 1.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池材料20-24
• 1.3.1 有機(jī)小分子材料20-22
• 1.3.2 聚合物材料22-23
• 1.3.3 電極材料23-24
• 1.4 太陽(yáng)能電池主要參數(shù)24-28
• 1.4.1 短路電流25
• 1.4.2 開路電壓25-26
• 1.4.3 填充因子26-27
• 1.4.4 能量轉(zhuǎn)化效率27
• 1.4.5 外量子效率27-28
• 1.5 有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的測(cè)量方法28-30
• 1.5.1 電流-電壓特性曲線的測(cè)量28-29
• 1.5.2 紫外-可見光吸收光譜的測(cè)量29
• 1.5.3 光譜響應(yīng)特性的測(cè)量29-30
• 1.6 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的制備30-32
• 1.6.1 ITO導(dǎo)電玻璃的清洗和處理30-31
• 1.6.2 有機(jī)功能層的制備31-32
• 1.6.3 陰極的制備32
• 1.6.4 后期處理32
• 1.7 有機(jī)/無(wú)機(jī)材料摻雜活性層在聚合物光伏電池中的應(yīng)用32-33
• 1.8 本論文的主要工作33-35
• 2 多環(huán)芳香烴分子摻雜在聚合物光伏器件中的研究35-65
• 2.1 引言35
• 2.2 并五苯(Pentacene)摻雜活性層35-42
• 2.2.1 樣品制備及性能測(cè)試35-37
• 2.2.2 器件性能分析37-42
• 2.3 二萘嵌苯(Perylene)摻雜活性層42-49
• 2.3.1 樣品制備及性能測(cè)試43-44
• 2.3.2 器件性能分析44-49
• 2.4 菲(Phenanthrene)摻雜49-56
• 2.4.1 樣品制備及性能測(cè)試49-51
• 2.4.2 結(jié)果與討論51-56
• 2.5 嵌二萘(pyrene)摻雜56-63
• 2.5.1 樣品制備及性能測(cè)試56-58
• 2.5.2 結(jié)果與討論58-63
• 2.6 本章小結(jié)63-65
• 3 石墨炔摻雜在聚合物光伏電池中的研究65-75
• 3.1 引言65-66
• 3.2 石墨炔摻雜活性層66-71
• 3.2.1 石墨炔的合成66
• 3.2.2 器件的制備及測(cè)試66-67
• 3.2.3 結(jié)果與討論67-71
• 3.3 不同退火溫度對(duì)石墨炔摻雜器件性能的影響71-73
• 3.3.1 器件制備及測(cè)試71-72
• 3.3.2 結(jié)果與討論72-73
• 3.4 本章小結(jié)73-75
• 4 有機(jī)小分子陰極修飾層對(duì)聚合物光伏器件的影響75-87
• 4.1 引言75
• 4.2 PBD陰極修飾對(duì)器件性能的影響75-79
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)75-77
• 4.2.2 結(jié)果與討論77-79
• 4.3 Alq_3陰極修飾對(duì)器件性能的影響79-81
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)79-80
• 4.3.2 結(jié)果與討論80-81
• 4.4 Zn(BTZ)_2陰極修飾對(duì)器件開路電壓的提高作用81-82
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)81-82
• 4.4.2 結(jié)果與討論82
• 4.5 PBD、Alq_3和Zn(BTZ)_2陰極修飾對(duì)器件性能影響對(duì)比82-85
• 4.6 本章小結(jié)85-87
• 5 結(jié)論87-89
• 參考文獻(xiàn)89-97
• 作者簡(jiǎn)歷97-100
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集100

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