基于液晶的半透明聚合物太陽(yáng)能電池性能研究

【摘要】：聚合物太陽(yáng)能電池具有諸多優(yōu)點(diǎn)：成本低廉、制造工藝簡(jiǎn)單、可卷曲彎折、安全性能高、穩(wěn)定性強(qiáng)、能大面積制備，具有非常廣闊的應(yīng)用前景，一直備受研究者的廣泛關(guān)注。本文主要就聚合物太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史、發(fā)展現(xiàn)狀及如何優(yōu)化存在的問(wèn)題進(jìn)行了探討，并從另一個(gè)重要方向：半透明電池進(jìn)行研究。在半透明電池的基礎(chǔ)上加入液晶材料，制備成液晶半透明電池，研究最佳活性層厚度優(yōu)化了液晶半透明電池，然后把窄帶隙材料PBDTTT-C-T應(yīng)用到液晶半透明電池中。研究的目的是為了獲得較高的能量轉(zhuǎn)換效率，繼而可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。 本文首先選擇P3HT和PC_(71)BM制備成標(biāo)準(zhǔn)電池。為了制備半透明電池，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電池的AL的不同厚度的透射性進(jìn)行了測(cè)試，得出當(dāng)AL電池超過(guò)60nm時(shí)電池透射率幾乎為0。然后在標(biāo)準(zhǔn)電池的基礎(chǔ)上，把不透明的AL陰極用新材料ZnS代替一部分，制備成半透明的陰極，進(jìn)而制備成半透明的電池，并把以AL和ZnS混合為陰極的半透明電池進(jìn)行透射率的測(cè)試，得出當(dāng)陰極制備條件為25nmAL和50nmZnS混合時(shí)，電池的透射率接近15%，效率達(dá)到2.3%。 另外論文引入了液晶材料作為半透半反層。選擇了兩種液晶材料LC242和LC756，液晶LC242是全能向行的，作為聚合物的補(bǔ)償膜成分，液晶LC756是具有手性性質(zhì)的膽甾相液晶，可作為聚合物的補(bǔ)償膜成分又具有旋光作用，當(dāng)LC242和LC756以質(zhì)量比95.53:4.47相配比，以半玻片作為液晶材料基底可以反射523為主波長(zhǎng)帶寬80nm左右的光，與P3HT和PC_(71)BM的吸收譜的峰值剛好吻合，利用液晶反射層使半透明的電池的效率由2.3%提升到2.71%。當(dāng)和AL電極制備成的全反射層不透明電池進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)雖然AL全反射層電池的效率3.01%比液晶材料作為反射層的電池效率2.83%要高，但是AL電極作為全反射層后電池不是半透明，所以繼續(xù)選擇液晶材料進(jìn)行深入研究。 最后，在對(duì)液晶材料進(jìn)行大量研究后，為了優(yōu)化液晶材料作為反射層的半透明電池，我們從溶劑選擇，活性層厚度，陰極的處理，液晶膜的制作工藝各個(gè)方面都進(jìn)行了優(yōu)化。最后在活性層厚度為200nm時(shí)，得到電池短路電流達(dá)到最大11.2mA/cm2，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到3.01%。在研究成果相對(duì)成熟，引入了新型的窄帶隙材料PBDTTT-C-T，再配制新比例的LC242和LC756液晶材料，使這種新窄帶隙的電池效率從6.21%提到到6.69%。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽(yáng)能電池 液晶材料 半透明 活性層厚度 反射層
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 有機(jī)太陽(yáng)能電池發(fā)展綜述11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀11-13
• 1.3 聚合物有機(jī)太陽(yáng)能電池的工作原理13-16
• 1.3.1 聚合物太陽(yáng)能電池的等效電路14-15
• 1.3.2 伏安特性曲線15
• 1.3.3 性能參數(shù)分析15-16
• 1.3.4 電池的性能測(cè)試16
• 1.4 本文的主要工作16-18
• 第2章 標(biāo)準(zhǔn)聚合物電池和半透明陰極的制備18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 聚合物太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)18-20
• 2.2.1 常用的給體材料和受體材料18-19
• 2.2.2 聚合物太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)19-20
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)儀器20
• 2.3 標(biāo)準(zhǔn)器件制備及測(cè)試20-22
• 2.4 提高性能的途徑22
• 2.5 半透明電池的制備22-26
• 第3章 半透明液晶材料的聚合物太陽(yáng)能電池應(yīng)用研究26-35
• 3.1 引言26
• 3.2 液晶反射層對(duì)電池的性能影響研究26-34
• 3.2.1 液晶材料26-28
• 3.2.2 器件的制備及測(cè)試28-30
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析30-34
• 3.3 小結(jié)34-35
• 第4章 半透明液晶材料的聚合物太陽(yáng)能電池優(yōu)化35-39
• 4.1 引言35
• 4.2 活性層厚度對(duì)液晶電池的性能影響研究35-36
• 4.3 液晶材料在新型窄帶隙活性層材料電池中的應(yīng)用36-38
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)材料和電池的制備37-38
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析38
• 4.4 小結(jié)38-39
• 結(jié)束語(yǔ)39-41
• 參考文獻(xiàn)41-45
• 致謝45-46
• 攻讀碩士期間取得的科研成果46

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