聚合物太陽能電池活性層摻雜濃度對器件性能的影響及極性可變的鈣鈦礦光伏器件的研究

【摘要】：高效率的把太陽能轉(zhuǎn)化為電能是解決人類能源危機最有效和最直接的途徑之一,因而將太陽光轉(zhuǎn)化成電能的光伏產(chǎn)業(yè)近年越來越受到人們的重視。薄膜太陽能電池由于其巨大的應(yīng)用潛力和低廉的價格優(yōu)勢,近年來已成為人類應(yīng)對能源危機開發(fā)利用清潔能源的研究熱點,其中最具應(yīng)用前景和代表性的是聚合物太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池。本論文的工作主要就聚3-己基噻吩：富勒烯(P3HT: PCBM)體系薄膜太陽能電池中活性層摻雜濃度對器件性能的影響和有機-無機鹵化物鈣鈦礦體系中極性可變的光伏器件兩方面工作展開研究： 1.使用不同溶劑的活性層溶液和器件后退火處理來調(diào)控基于P3HT:PCBM體系的聚合物太陽能電池器件活性層的摻雜濃度,通過電容-電壓測量、光學(xué)顯微成像和MATLAB模擬計算研究了器件活性層摻雜濃度對器件性能的影響。研究結(jié)果表明活性層摻雜濃度和器件性能之間有著直接的聯(lián)系,低摻雜濃度會使器件的短路電流升高,而使器件的開路電壓下降。低摻雜濃度能夠?qū)е螺^寬的耗盡區(qū),這有利于活性層中載流子的收集。實驗數(shù)據(jù)和模擬計算的一致性很好的說明在聚合物太陽能電池中開路電壓隨著摻雜濃度的增加而線性增加?；钚詫颖砻嫘蚊驳淖兓f明無論是使用低沸點的溶劑使活性層緩慢干燥還是通過熱退火增加P3HT和PCBM的結(jié)晶度和相分離,都能夠減少活性層的缺陷密度從而降低其摻雜濃度。 2.在有機-無機鹵化物鈣鈦礦體系中通過新型結(jié)構(gòu)ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3/MoO3/Al實現(xiàn)了極性可變的光伏器件,該新結(jié)構(gòu)極性可變的光伏器件為該領(lǐng)域的研究開辟了新的方向。通過該新型結(jié)構(gòu)光伏器件的新特性發(fā)現(xiàn)和證明在有機-無機鹵化物鈣鈦礦材料中存在大量可移動的離子。在外加電場的作用下移動離子在器件電極界面處的聚積使界面處的半導(dǎo)體材料鈣鈦礦界面處的能帶發(fā)生彎曲,隨著外加電場方向的不同半導(dǎo)體材料鈣鈦礦界面處聚積的電荷性極性也不同,其能帶彎曲的方向也就不同,從而器件在相反方向的外加電場下極性就會反轉(zhuǎn)。移動離子的存在對鈣鈦礦光伏器件的性能有著重要的影響,在電流-電壓測量過程中的滯后現(xiàn)象就是由于移動離子在界面處的聚積和弛豫所引起的。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池 聚合物 摻雜濃度 鈣鈦礦 界面電荷 極性可變
【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】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 目錄8-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 有機聚合物太陽能電池簡介10-19
• 1.2.1 有機聚合物太陽能電池研究的進(jìn)展10-12
• 1.2.2 有機聚合物太陽能電池的工作機理12-14
• 1.2.3 有機聚合物太陽能電池的損失機理14-16
• 1.2.4 有機聚合物太陽能電池的性能參數(shù)16-19
• 1.3 鈣鈦礦太陽能電池的研究背景19-21
• 1.4 本論文的主要研究內(nèi)容21-22
• 2 器件的制備與表征22-24
• 2.1 有機聚合物太陽能電池的制備和測試22-23
• 2.1.1 器件的制備22-23
• 2.1.2 器件的測試23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 3 聚合物太陽能電池活性層摻雜濃度對器件性能影響的研究24-37
• 3.1 引言24
• 3.2 摻雜濃度的測量和計算24-29
• 3.2.1 電容-電壓(C-V)法測量摻雜濃度的基本原理24-25
• 3.2.2 摻雜濃度的實驗測量和分析25-27
• 3.2.3 用偏光顯微鏡對活性層成膜形貌的測量27-29
• 3.3 摻雜濃度對器件性能的影響29-36
• 3.3.1 摻雜濃度對器件短路電流的影響30-33
• 3.3.2 摻雜濃度對器件開路電壓的影響33-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 4 極性可變的鈣鈦礦光伏器件的研究37-51
• 4.1 引言37
• 4.2 鈣鈦礦光伏器件的制備和測試37-39
• 4.2.1 鈣鈦礦光伏器件的制備37-39
• 4.2.2 鈣鈦礦光伏器件的測試39
• 4.3 極性可變的鈣鈦礦光伏器件的基本特性39-41
• 4.4 鈣鈦礦光伏器件中界面電荷的來源和對器件性能的影響41-49
• 4.4.1 界面電荷對鈣鈦礦材料能帶彎曲的影響41-43
• 4.4.2 鈣鈦礦光伏器件極性的變化機理43-46
• 4.4.3 界面電荷的測量和來源46-49
• 4.5 本章小結(jié)49-51
• 5 結(jié)論51-52
• 參考文獻(xiàn)52-56
• 附錄A56-57
• 附錄B57-58
• 作者簡歷58-60
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集60

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