鈣鈦礦/有機(jī)小分子復(fù)合太陽能電池材料與器件的研究

【摘要】：當(dāng)前,有機(jī)小分子/無機(jī)化合物鈣鈦礦型太陽能電池正在快速的發(fā)展。在很短的時(shí)間內(nèi),將轉(zhuǎn)換效率提高到了20%,而且在工藝和成本方面表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢。而在該類電池的組成中,空穴傳輸層作為一種即傳輸空穴又阻擋電子,是影響電池性能的關(guān)鍵部分。因此,研究者對空穴傳輸材料(HTM)的設(shè)計(jì)和合成正在不斷的探索,這對鈣鈦礦型太陽能電池器件性能和能量轉(zhuǎn)換效率的提高具有非常重要的意義。為了能夠設(shè)計(jì)并合成性能優(yōu)良的空穴傳輸材料,本論文中設(shè)計(jì)并合成了以蒽和聯(lián)蒽為核,對甲氧基二苯胺和對甲氧基三苯胺為端基的小分子化合物ATA、ATTA、BATA和BATTA,分別對這幾種化合物的結(jié)構(gòu)特征和光伏性能進(jìn)行了表征和研究,主要內(nèi)容如下:在第二章中,化合物ATA和ATTA的帶隙分別是2.18eV和2.58eV。其HOMO分別為-5.10eV和-5.12 eV;LUMO分別為-2.67eV和-2.48eV。以它們分別作為空穴傳輸材料制備了器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/HTM/Perovskite/PC61BM/Ca/Al的鈣鈦礦型太陽能電池器件,對不同厚度的化合物ATA和ATTA進(jìn)行光伏器件的測試,發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的厚度都是2000r40s。在標(biāo)準(zhǔn)太陽光AM 1.5G(100 mW/cm2)的太陽光模擬器照射下進(jìn)行測試;以化合物ATA為空穴傳輸材料的鈣鈦礦型太陽能電池的的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)7.04%,開路電壓(Voc)0.85 V,短路電流(Jsc)12.02 mA cm-2,填充因子(FF)69%;而以化合物ATTA為空穴傳輸材料的鈣鈦礦型太陽能電池的的PCE是5.98%,Voc是0.84 V,Jsc為10.75 mA cm-2,FF為66%。第三章中,化合物BATA和BATTA的帶隙分別是2.30 eV和2.64 eV,HOMO能級分別是-5.08 eV和-5.20 eV;LUMO能級分別是-2.78 eV和-2.56 eV。以它們分別作為空穴傳輸材料做了器件結(jié)構(gòu)和前面同樣的器件,而且在同樣的測試環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn),測試了不同厚度空穴傳輸層的光伏器件,最優(yōu)厚度分別為2000r 40s和1500r 40s。在模擬標(biāo)準(zhǔn)太陽光的照射下進(jìn)行測試;化合物BATA作為空穴傳輸材料的鈣鈦礦型太陽能電池的PCE是8.24%,Voc是0.89 V,Jsc是14.28 mA cm-2,FF是64%;化合物BATTA作為空穴傳輸材料的鈣鈦礦型太陽能電池的PCE是5.12%,Voc是0.87 V,Jsc是9.22 mA cm-2,FF是63%。第四章中,合成了電子給體單元5,10-雙(4,5-二癸基噻吩)二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(DTBDT),通過了給體單元(DTBDT)和受體單元苯并噻二唑的衍生物,合成了兩種新型的共軛聚合物PDTBDT-BT和PDTBDT-FBT。通過制備ITO/PFN(10 nm)/PDTBDT-BT:PC71BM/MoO3(10 nm)/Ag和ITO/PFN(10 nm)/PDTBDT-FBT:PC71BM/MoO3(10 nm)/Ag的倒置器件,在模擬標(biāo)準(zhǔn)太陽光照射下進(jìn)行測試,制備了活性層分別是PDTBDT-BT/PDTBDT-FBT和PC71BM的質(zhì)量比是1:2的器件。在PDTBDT-BT:PC71BM(1:2)的厚度為220 nm時(shí)其器件的PCE是8.54%,Voc是0.81 V,Jsc是15.2 mA cm-2,FF是69.2%;PDTBDT-FBT:PC71BM(1:2)當(dāng)其膜厚為210 nm時(shí)器件的PCE是8.74%,Voc是0.91 V,Jsc是15.4 mA cm-2,FF是62.5%。 【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦 聚合物 光伏性能 能量轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 鈣鈦礦型太陽能電池簡介10-16
• 1.2.1 鈣鈦礦晶體的結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2.2 鈣鈦礦型太陽能電池的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.3 鈣鈦礦型太陽能電池的工作原理12
• 1.2.4 鈣鈦礦型太陽能電池材料與器件的發(fā)展簡述12-14
• 1.2.5 空穴傳輸材料的發(fā)展簡述14-16
• 1.3 鈣鈦礦型太陽能電池的性能參數(shù)16-17
• 1.4 本論文的設(shè)計(jì)思想和內(nèi)容17
• 1.5 本論文研究課題的創(chuàng)新性17-19
• 2 蒽類衍生物在鈣鈦礦型太陽能電池中的應(yīng)用及表征19-32
• 2.1 引言19-20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分20-23
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)所用儀器設(shè)備20
• 2.2.2 表征設(shè)備與儀器20
• 2.2.3 ITO基片的標(biāo)記與清洗20-21
• 2.2.4 原料與試劑21
• 2.2.5 化合物ATA和ATTA的合成21-23
• 2.3 結(jié)果與討論23-31
• 2.3.1 化合物ATA和ATTA的表征23-26
• 2.3.2 化合物ATA和ATTA的熱學(xué)性質(zhì)26
• 2.3.3 化合物ATA和ATTA的吸收和發(fā)光特性26-27
• 2.3.4 化合物ATA和ATTA的電化學(xué)性質(zhì)27-28
• 2.3.5 化合物ATA和ATTA的光伏性能28-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 3 聯(lián)蒽類衍生物在鈣鈦礦型太陽能電池中的應(yīng)用及表征32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分32-34
• 3.2.1 原料和試劑32-33
• 3.2.2 表征設(shè)備與儀器33
• 3.2.3 有機(jī)化合物BATA和BATTA的合成33-34
• 3.3 結(jié)果與討論34-42
• 3.3.1 化合物BATA和BATTA的合成及表征34-37
• 3.3.2 化合物BATA和BATTA的熱學(xué)性質(zhì)37
• 3.3.3 化合物BATA和BATTA的吸收和發(fā)光特性37-38
• 3.3.4 化合物BATA和BATTA的電化學(xué)性質(zhì)38-39
• 3.3.5 化合物BATA和BATTA的光伏性能39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 4 5,10-雙（4,5-二癸基噻吩）二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩與苯并噻二唑衍生物共軛聚合物的合成及性能研究44-58
• 4.1 引言44-45
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分45-49
• 4.2.1 原料與試劑45
• 4.2.2 表征設(shè)備與儀器45
• 4.2.3 單體及聚合物的合成45-49
• 4.3 結(jié)果與討論49-56
• 4.3.1 單體及共聚物的合成與表征49-50
• 4.3.2 共軛聚合物的熱穩(wěn)定性50-51
• 4.3.3 共軛聚合物的紫外吸收和發(fā)光特性51-52
• 4.3.4 共軛聚合物的電化學(xué)性質(zhì)52-53
• 4.3.5 共軛聚合物的光伏性能53-56
• 4.4 本章小結(jié)56-58
• 結(jié)論58-60
• 致謝60-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果66

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