基于聚噻吩的光伏太陽能電池研究

【摘要】：有機聚合物太陽能電池與傳統(tǒng)的太陽能電池相比,由于其制作工藝簡單、污染低、低成本、并且能夠制作在柔性襯底上等優(yōu)點引起太陽能電池研究者的廣泛興趣。本文以聚3-己氧基噻吩(P3HT)作為給體,富勒烯衍生物(ICBA)作為受體,制備了體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池,通過研究退火、電極修飾層和溶劑選擇來提高該結(jié)構(gòu)器件的能量轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。本文的主要工作概括如下： 一、研究不同熱退火條件對器件的光伏輸出特性及穩(wěn)定性的影響：研究發(fā)現(xiàn)采用多溫度階梯退火比單一溫度退火能使器件的光伏輸出性能明提高,與此同時器件的壽命顯著延長,可以在未封裝的環(huán)境下保持器件性能的穩(wěn)定,減緩器件的衰退。 二、研究不同電極修飾層對該結(jié)構(gòu)器件性能的影響：1)研究表明LiF作為陰極Al修飾層時,活性層表面易吸收Li+,這一吸收會導(dǎo)致LiF分子取向的重新排布,進而導(dǎo)致有機層和LiF界面處形成偶極矩,降低電極的功函數(shù),提高了電子收集速率,但是LiF在退火后,Li+擴散到有機層厚度增加,破壞了有機層內(nèi)的內(nèi)建電場,鑒于聚氧化乙烯(PEO)作為陰極修飾層與LiF作用相同,為了阻止Li+的滲透,且不影響陰極功函數(shù),設(shè)計制備了含有PEO/LiF/Al結(jié)構(gòu)的器件,發(fā)現(xiàn)當(dāng)PEO膜層的轉(zhuǎn)速為2000rpm時,器件性能相比于陰極修飾層為LiF/Al的器件性能好,器件能量轉(zhuǎn)化效率提升了30%;2)由于傳統(tǒng)的陽極ITO修飾層PEDOT:PSS易吸收水分且本身的酸性對ITO具有腐蝕性,而鑒于文獻報道,本研究采用MoO3作為修飾層,首先設(shè)計制備ITO/MoO3(X nm)/P3HT:ICBA(90nm)/Al結(jié)構(gòu)的有機聚合物太陽能電池,同過修飾層MoO3厚度的優(yōu)化研究,發(fā)現(xiàn)當(dāng)修飾層MoO3厚度為15nm時,器件性能達(dá)到最大；其次對陰極修飾層LiF對ITO/MoO3(X nm)/P3HT:ICBA(90nm)/Al該結(jié)構(gòu)的影響了做了初步的研究；最后研究發(fā)現(xiàn)MoO3經(jīng)紫外臭氧(UVO)處理后器件性能有所提升,器件性能提升4.5%,其主要原因是MoO3經(jīng)紫外臭氧(UVO)處理后表面粗糙度減少以及光透過率得到提高。 三、研究不同沸點溶劑對器件性能的影響：以DCB:CB(體積比1：1)混合溶劑制備不同厚度器件,研究表明當(dāng)轉(zhuǎn)速為600rpm時,器件PCE為3.55%,；對比混合溶劑DCB/CB和純CB溶劑的器件性能,研究發(fā)現(xiàn)其紫外吸收光譜紅移,IPCE光譜響應(yīng)強度增加,且活性層表面粗糙程度降低。 【關(guān)鍵詞】：有機太陽能電池 P3HT:ICBA 多溫度階梯退火 PEO MoO_3 紫外臭氧處理 混合溶劑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-22
• 1.1 有機太陽能電池的研究背景及進展11-17
• 1.2 有機太陽能電池的基本原理17-19
• 1.2.1 有機太陽能電池的工作原理17-18
• 1.2.2 有機太陽能電池的主要表征參數(shù)及等效電路18-19
• 1.3 有機太陽能電池研究存在的主要問題19-20
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容和工作意義20-22
• 2 實驗部分22-26
• 2.1 功能材料介紹22
• 2.2 實驗材料22-23
• 2.3 有機太陽能電池的制備工藝23-24
• 2.3.1 ITO玻璃基片的清洗機處理23
• 2.3.2 器件制備設(shè)備和測試設(shè)備23-24
• 2.4 太陽能電池性能測試24-26
• 3 多溫度階梯退火對器件性能影響的研究26-37
• 3.1 引言26-27
• 3.2 單一溫度退火對器件性能影響的研究27-30
• 3.2.1 同一時間不同溫度下退火對器件性能影響的探索27-28
• 3.2.2 同一溫度不同時間下退火對器件性能影響的探索28-30
• 3.3 多溫度梯度退火對器件性能影響的研究30-36
• 3.3.1 多溫度梯度退火對器件轉(zhuǎn)換效率影響的研究30-32
• 3.3.2 多溫度梯度退火對器件穩(wěn)定性影響的研究32-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 4 電極修飾層對器件性能的影響37-45
• 4.1 引言37
• 4.2 PEO/LiF陰極修飾層對器件性能影響的研究37-38
• 4.3 MoO_3作為ITO陽極修飾層的初步探索38-44
• 4.3.1 ITO陽極修飾層MoO_3最佳厚度的研究39-41
• 4.3.2 陰極修飾層LiF的器件41-42
• 4.3.3 紫外臭氧(UVO)處理MoO_3影響的研究42-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 5 混合溶劑混合對器件性能的影響45-50
• 5.1 引言45
• 5.2 器件的制備45-46
• 5.3 結(jié)果及分析46-49
• 5.3.1 器件光電性能分析46-47
• 5.3.2 同一厚度不同溶劑活性層的器件性能47-49
• 5.4 本章小結(jié)49-50
• 6 總結(jié)50-51
• 參考文獻51-55
• 附錄A55-56
• 附錄B56-57
• 作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果57-59
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集59

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