溶劑添加劑及陰極修飾在聚合物太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：隨著全球能源和環(huán)境問題的日益凸顯，人們對開發(fā)新能源技術(shù)的呼聲日益高漲。其中有機(jī)太陽能電池因具有結(jié)構(gòu)和制備過程簡單、重量輕、可大面積制備、可彎曲等眾多突出優(yōu)點(diǎn)而受到研究者們的廣泛關(guān)注和青睞。目前，光電轉(zhuǎn)換效率偏低是困擾有機(jī)太陽能電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的主要阻礙。因此，如何提高有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率成為當(dāng)前有機(jī)太陽能電池研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本文中我們以主流的體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池為研究對象，分別研究了鄰溴苯酚（2-Bromophenol)作為溶劑添加劑和旋涂尿素（UREA)作為陰極緩沖層對聚合物太陽能電池性能的影響。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下： （1）以聚3-己基噻吩(P3HT)和C60的衍生物(PCBM)為活性層材料，CB為溶劑。研究了在活性層溶液中分別添加不同體積比的2-Bromophenol作為溶劑添加劑對電池性能的影響。通過比較五組不同添加劑含量下電池的性能，我們得到當(dāng)2-Bromophenol的體積比為1.5%時(shí)器件性能最優(yōu)。相比參考器件我們發(fā)現(xiàn)此時(shí)其紫外-可見吸收譜顯示出紅移現(xiàn)象，外量子效率(EQE)曲線峰值明顯提升，同時(shí)在活性層的給受體材料間形成了較為明顯的兩相分離結(jié)構(gòu)。在100mW/cm2的光強(qiáng)度照射下，能量轉(zhuǎn)換效率從2.32%提高到了2.90%提高了約25%。 （2）我們采用溶液旋涂的方法研究了有機(jī)小分子尿素（Carbamide，UREA)作為陰極緩沖層材料對聚合物太陽能電池性能的影響。實(shí)驗(yàn)過程中通過改變勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速得到不同厚度的陰極緩沖層并觀察其對電池性能的影響。其中當(dāng)以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂約3nm厚的UREA作為陰極緩沖層時(shí)，器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/UREA/Al的電池性能最佳，電池的能量轉(zhuǎn)換效率由2.80%提高到3.36%，提高幅度為20%。通過對電池的暗態(tài)J-V曲線、AFM、外量子效率等的分析，我們認(rèn)為旋涂UREA溶液后可以在光敏層與鋁陰極間形成一層界面偶極層，從而有效地降低兩者間的界面勢壘，提高陰極收集電子效率；同時(shí)UREA分子中的孤對電子可以和Al電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，減少了Al原子擴(kuò)散進(jìn)入到活性層的數(shù)量，起到了對活性層的保護(hù)作用。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 溶劑添加劑 鄰溴苯酚 陰極緩沖層 尿素
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 聚合物太陽能電池的發(fā)展10-12
• 1.3 聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)12-14
• 1.3.1 單層結(jié)構(gòu)12-13
• 1.3.2 雙層結(jié)構(gòu)13-14
• 1.3.3 體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)14
• 1.4 聚合物太陽能電池的工作原理及等效電路圖14-18
• 1.4.1 工作原理14-17
• 1.4.2 等效電路圖17-18
• 1.5 聚合物太陽能電池的性能參數(shù)18-19
• 1.6 本論文的研究內(nèi)容19-21
• 第2章 聚合物太陽能電池的制備與表征21-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹21-23
• 2.1.1 電池器件制備系統(tǒng)21
• 2.1.2 電池性能測試系統(tǒng)21-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料介紹23-25
• 2.3 電池的制備25-27
• 2.3.1 活性層溶液的配制25
• 2.3.2 ITO 玻璃的清洗和處理25
• 2.3.3 有機(jī)功能層的制備25
• 2.3.4 陰極的制備和后期處理25-27
• 第3章 添加劑鄰溴苯酚對聚合物太陽能電池性能的影響27-34
• 3.1 引言27
• 3.2 實(shí)驗(yàn)27-28
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析28-33
• 3.3.1 J-V 曲線測試28-30
• 3.3.2 活性層的吸收譜30-31
• 3.3.3 外量子效率分析31
• 3.3.4 各器件的 AFM 圖31-33
• 3.4 小結(jié)33-34
• 第4章 新型陰極緩沖層材料尿素對聚合物太陽能電響池性能的影響34-42
• 4.1 引言34-35
• 4.2 實(shí)驗(yàn)35-36
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析36-41
• 4.3.1 J-V 特性分析36-38
• 4.3.2 活性層形貌分析38-39
• 4.3.3 機(jī)理分析39-41
• 4.4 結(jié)論41-42
• 結(jié)語42-43
• 參考文獻(xiàn)43-47
• 致謝47

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