先進(jìn)有機聚合物太陽能電池的制備技術(shù)研究

【摘要】：近年來，聚合物太陽能電池(PSC)的能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)從3%提高到9%以上。半導(dǎo)體聚合物太陽能電池能夠使用溶液技術(shù)進(jìn)行制備，其具有生產(chǎn)低成本太陽能電池的獨特優(yōu)勢，原因在于其材料和工藝的優(yōu)點。聚合物太陽能電池的潛在應(yīng)用領(lǐng)域很寬，從柔性太陽能模塊和半導(dǎo)體太陽能電池到建筑應(yīng)用等等。本論文針對PSC的制備技術(shù)進(jìn)行研究，對以下三個方面進(jìn)行了探索： 研究了在聚(3-己基噻吩):[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(P3HT:PC61BM)中加入4,4'-二(9-咔唑)聯(lián)苯(CBP，一種在有機發(fā)光二極管中常用的空穴傳輸材料)制作成的三組分共混薄膜，發(fā)現(xiàn)使用P3HT:PC61BM:CBP共混薄膜制作的太陽能電池相對于使用P3HT:PC61BM制作的太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)提高16.1%，短路電流提高25.1%。 探索了N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-聯(lián)苯-4,4'-二胺(NPB)對P3HT:PC61BM共混薄的影響，發(fā)現(xiàn)NPB的加入促進(jìn)了P3HT:PC61BM本體異質(zhì)結(jié)的生長，電池性能提高，當(dāng)NPB濃度達(dá)到0.4mg/mL，PCE從標(biāo)準(zhǔn)器件的1.05%改善至優(yōu)化后的1.64%。 發(fā)現(xiàn)了一種由低聚合度的聚[2,6-(4,4-雙-(2-乙基己基)-4H-環(huán)戊[2,1-b;3,4-b’]雙噻吩)-交替-4,7-(2,1,3-苯并噻二唑)](LDP-PCPDTBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PC61BM組成的三組分體系。研究了加入溶劑添加劑1,8-二溴辛烷(DBO)的作用，在未加入溶劑添加劑時，在PMMA中LDP-PCPDTBT和PC61BM分別處于無定形和結(jié)晶態(tài)；添加DBO促進(jìn)了PC61BM的聚集和LDP-PCPDTBT的結(jié)晶，開路電壓提高顯著，對LDP-PCPDTBT和PC61BM的相分離起到優(yōu)化作用，PCE提高近50%。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 共軛聚合物 薄膜形貌 三組分共混薄膜
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：O631.3;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 緒論8-22
• 1.1 引言8-9
• 1.2 有機光伏技術(shù)的發(fā)展9-15
• 1.2.1 本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的發(fā)明10
• 1.2.2 理解和控制形貌10-12
• 1.2.3 新型材料的出現(xiàn)12-14
• 1.2.4 有機太陽能電池的工藝14-15
• 1.3 準(zhǔn)備方法15-16
• 1.4 聚合物太陽能電池操作原理16-17
• 1.5 聚合物太陽能電池結(jié)構(gòu)17-20
• 1.5.1 單層結(jié)構(gòu)18
• 1.5.2 雙層結(jié)構(gòu)18
• 1.5.3 本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)18
• 1.5.4 疊層結(jié)構(gòu)18-20
• 1.6 本論文的研究內(nèi)容20-22
• 第二章 有機太陽能電池器件的制備與測試22-30
• 2.1 實驗儀器與藥品22-25
• 2.1.1 實驗儀器22
• 2.1.2 實驗藥品22-25
• 2.2 器件的制備過程25-26
• 2.3 器件的性能參數(shù)26-30
• 2.3.1 開路電壓26-27
• 2.3.2 短路電流27-28
• 2.3.3 光電轉(zhuǎn)換效率28
• 2.3.4 填充因子28-30
• 第三章 一種增強型三組分本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池30-36
• 3.1 引言30
• 3.2 實驗部分30-31
• 3.3 結(jié)果與討論31-35
• 3.3.1 太陽能電池特性描述31-32
• 3.3.2 共混薄膜的光學(xué)和形貌特征32-34
• 3.3.3 共混薄膜的電荷傳輸34-35
• 3.3.4 從熱力學(xué)角度分析加入CBP提高P3HT與PCBM之間的相分離35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第四章 加入NPB提高聚合物太陽能電池的光伏性能36-42
• 4.1 引言36
• 4.2 實驗部分36-37
• 4.3 結(jié)果與討論37-41
• 4.3.1 器件光伏性能37-38
• 4.3.2 P3HT:PCBM共混薄膜光學(xué)和結(jié)構(gòu)性質(zhì)38-39
• 4.3.3 共混薄膜微觀形貌和電學(xué)性能39-41
• 4.3.4 NPB的作用41
• 4.4 本章小結(jié)41-42
• 第五章 低成本低聚合度結(jié)晶共聚物基太陽能電池42-52
• 5.1 引言42-43
• 5.2 實驗部分43
• 5.3 結(jié)果與討論43-51
• 5.3.1 三組分共混薄膜的性能和形態(tài)43-46
• 5.3.2 DBO對PC61BM和LDP-PCPDTBT形貌和傳導(dǎo)性能的影響46-48
• 5.3.3 DBO溶劑處理的三組分共混薄膜48-51
• 5.4 本章小結(jié)51-52
• 第六章 結(jié)論52-54
• 參考文獻(xiàn)54-62
• 攻讀學(xué)位期間所取得的相關(guān)科研成果62-64
• 致謝64

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