有機(jī)小分子陰極緩沖層提高聚合物太陽(yáng)能電池的性能

【摘要】：聚合物太陽(yáng)能電池因其成本低、重量輕、可生產(chǎn)柔性器件和制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),而成為新型可再生能源研究的熱點(diǎn)。如何提高聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)一直是聚合物太陽(yáng)能電池的研究重點(diǎn),目前可行的方法主要包括新型給體／受體材料的開(kāi)發(fā)、光伏活性層微觀形貌的調(diào)控、電池器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化、引入緩沖層進(jìn)行界面修飾、電極材料的優(yōu)化與改進(jìn)等。本論文主要集中于利用新型有機(jī)小分子陰極緩沖層提高聚合物太陽(yáng)能電池的性能研究,開(kāi)展了以下兩方面的工作： (1)首次將含氨基(-NH2)的三種有機(jī)小分子,縮二脲(Biuret, C2H5N3O2)、二氰二胺(Dicyandiamide, C2H4N4)和尿素(Urea, CH4N2O),用作陰極緩沖層,顯著地提高了P3HT:PCBM聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。我們通過(guò)旋涂的方法將含氨基的有機(jī)小分子直接嵌入到P3HT:PCBM聚合物太陽(yáng)能電池的光伏活性層和陰極(A1)之間,形成陰極緩沖層。在優(yōu)化的溶液濃度(1.0mg/mL)和旋涂速度(3000rpm)條件下,引入了縮二脲、二氰二胺和尿素的P3HT：PCBM聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率分別為3.84%,4.25%和4.39%,相對(duì)于未引入任何陰極緩沖層的參比電池分別提高了15%、27%和31%。分析表明能量轉(zhuǎn)換效率的提高主要?dú)w因于短路電流(Jsc)和填充因子(FF)的提高,其中短路電流的提高幅度分別為13%、11%和15%,而填充因子的提高幅度分別為2%、11%和12%。引入含氨基的有機(jī)小分子陰極緩沖層對(duì)于短路電流和填充因子的提高的機(jī)理主要是因?yàn)樵诠夥钚詫雍完帢O(A1)之間形成了正電荷端指向鋁電極而負(fù)電荷端指向活性層的界面偶極層,降低了A1電極和PCBM之間的能壘,使得電子更容易被陰極抽取和收集。進(jìn)一步地,我們提出三種不同的含氨基有機(jī)小分子作為陰極緩沖層的效果差異是由于分子結(jié)構(gòu)中所含的氨基數(shù)目的不同以及分子自身偶極的差異造成了界面偶極大小的差異,對(duì)功函數(shù)的修飾效果不同,從而對(duì)聚合物太陽(yáng)能電池的提高幅度不同。 (2)將檸檬酸三乙酯(triethyl citrate, C12H20O7)作為陰極緩沖層分別引入到P3HT:PCBM和PCDTBT:PC7oBM體系聚合物太陽(yáng)能電池中,有效地提高了電池的能量轉(zhuǎn)換效率。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在優(yōu)化的旋涂條件(溶液濃度為1.0mg/mL,旋涂速度為3000rpm)下,將檸檬酸三乙酯嵌入到聚合物太陽(yáng)能電池的光伏活性層和陰極(A1)之間形成陰極緩沖層,P3HT:PCBM和PCDTBT:PC7oBM體系的電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率分別提高了25%和11%。對(duì)于P3HT:PCBM體系,這一提高主要來(lái)自于短路電流(Jsc)和填充因子(FF)的提高；而對(duì)于PCDTBT:PC70BM體系而言,能量轉(zhuǎn)換效率的提高則主要來(lái)自于開(kāi)路電壓(Voc)和填充因子(FF)的提高。具體的機(jī)理仍需進(jìn)一步的深入研究。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽(yáng)能電池 陰極緩沖層 能量轉(zhuǎn)換效率 有機(jī)小分子 縮二脲 二氰二胺 尿素 檸檬酸三乙酯
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-39
• 1.1 引言12-15
• 1.2 聚合物太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)分類(lèi)及工作原理15-20
• 1.2.1 單層聚合物太陽(yáng)能電池15-16
• 1.2.2 雙層聚合物太陽(yáng)能電池16-17
• 1.2.3 體相異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池17-19
• 1.2.4 疊層聚合物太陽(yáng)能電池19-20
• 1.3 聚合物太陽(yáng)能電池的材料20-28
• 1.3.1 電子給體材料20-24
• 1.3.2 電子受體材料24-25
• 1.3.3 緩沖層材料25-27
• 1.3.3.1 陽(yáng)極緩沖層(anode buffer layer,ABL)25-26
• 1.3.3.2 陰極緩沖層(cathode buffer layer,CBL)26-27
• 1.3.4 電極材料27-28
• 1.4 聚合物太陽(yáng)能電池的制備流程28-31
• 1.4.1 ITO刻蝕28
• 1.4.2 ITO基片清洗28-29
• 1.4.3 活性層溶液配制29
• 1.4.4 ITO基片預(yù)處理29
• 1.4.5 陽(yáng)極緩沖層PEDOT：PSS的制備29
• 1.4.6 光伏活性層的制備29-30
• 1.4.7 金屬陰極的制備30
• 1.4.8 退火處理30-31
• 1.5 聚合物太陽(yáng)能電池的器件性能表征31-34
• 1.5.1 聚合物太陽(yáng)能電池的等效電路圖31
• 1.5.2 聚合物太陽(yáng)能電池的主要參數(shù)31-34
• 1.6 本論文的選題思路和主要內(nèi)容34-35
• 參考文獻(xiàn)35-39
• 第二章 含氨基有機(jī)小分子縮二脲、二氰二胺、尿素作為陰極緩沖層提高聚合物太陽(yáng)能電池的性能39-62
• 2.1 引言39-40
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分40-41
• 2.2.1 原料與試劑40
• 2.2.2 基于P3HT:PCBM的體相異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池制備40-41
• 2.2.3 測(cè)試表征41
• 2.3 結(jié)果與討論41-58
• 2.3.1 引入縮二脲、二氰二胺和尿素作為陰極緩沖層的聚合物太陽(yáng)能電池的J-V特性曲線42-52
• 2.3.1.1 溶液濃度對(duì)縮二脲、二氰二胺和尿素作為陰極緩沖層的影響42-46
• 2.3.1.2 旋涂速度對(duì)縮二脲、二氰二胺和尿素作為陰極緩沖層的影響46-52
• 2.3.2 薄膜的紫外吸收光譜52-53
• 2.3.3 P3HT：PCBM/CBL薄膜的表面形貌和陰極緩沖層厚度53-54
• 2.3.4 縮二脲、二氰二胺和尿素陰極緩沖層對(duì)P3HT:PCBM體相異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池效率提高的機(jī)理54-58
• 2.4 本章小結(jié)58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 第三章 檸檬酸三乙酯作為陰極緩沖層提高聚合物太陽(yáng)能電池的性能62-75
• 3.1 引言62
• 3.2 體相異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池的制備62-64
• 3.2.1 原料與試劑62
• 3.2.2 體相異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池的制備62-64
• 3.3 結(jié)果與討論64-73
• 3.3.1 嵌入檸檬酸三乙酯作為陰極緩沖層的聚合物太陽(yáng)能電池J-V特性曲線64-70
• 3.3.1.1 檸檬酸三乙酯作為陰極緩沖層對(duì)P3HT：PCBM體系聚合物太陽(yáng)能電池性能的影響64-67
• 3.3.1.2 檸檬酸三乙酯作為陰極緩沖層對(duì)PCDTBT：PC_(70)BM體系聚合物太陽(yáng)能電池性能的影響67-70
• 3.3.2 紫外吸收光譜70-71
• 3.3.3 薄膜表面形貌71-72
• 3.3.4 檸檬酸三乙酯陰極緩沖層對(duì)于不同活性層體系的影響比較72-73
• 3.4 本章小結(jié)73
• 參考文獻(xiàn)73-75
• 第四章 總結(jié)與展望75-77
• 4.1 全文總結(jié)75-76
• 4.2 工作展望76-77
• 致謝77-78
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果78

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來(lái)了解更多相關(guān)內(nèi)容

有機(jī)層/陰極界面修飾對(duì)體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池性能的影響    張永志;李福山;吳朝興;蔡壽金;郭太良;

基于噴涂工藝的反向聚合物太陽(yáng)電池的制備    賀小光;高繼偉;

基底溫度對(duì)噴涂技術(shù)制備大面積有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的影響    胡雪花;李福山;吳朝興;郭太良;

Synthesis and Photovoltaic Properties of Poly(5,6-bis(octyloxy)-4,7- di(thiophen-2-yl)benzo-[c][1,2,5]-thiadiazole-9,9-dioctylfuorene)    Liwei Wang;Feiyao Qing;Yeping Sun;Xiaoyu Li;Haiqiao Wang;

基于聚噻吩衍生物的太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展    周立弟;胡小丹;王少洪;侯朝霞;王美涵;

量子點(diǎn)-聚合物納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展    駱樂(lè);向衛(wèi)東;謝翠萍;鐘家松;梁曉娟;鄒軍;呂春燕;

苯并噻二唑?yàn)橹行牡腁-π-A-π-A型小分子光伏材料合成與性能研究    王麗輝;殷倫祥;張昱;李艷芹;

基于混合配體Znq(DBM)的單色和白色OLED    蘇斌;趙靜;李春梅;榮光怡;劉春波;車(chē)廣波;田沛東;王慶偉;

鍍膜法改善有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池光學(xué)性能    陳云龍;鄭加金;蔣宇宏;

苯并三噻吩共軛聚合物的合成及其在有機(jī)光伏中的應(yīng)用    向艷;郭景華;李朋;張國(guó)兵;呂國(guó)強(qiáng);

聚合物異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池-進(jìn)展與展望(摘要)    曹鏞;吳宏濱;黃飛;陳軍武;

具有高開(kāi)路電壓的二噻吩并噻咯太陽(yáng)能電池給體材料的制備    劉立杰;郭意靜;宋金生;王華;

基于S-和N-雜環(huán)小分子材料的合成、表征    黃紅艷;傅妮娜;劉書(shū)利;李勸;趙保敏;黃維;

能源納米器件中的材料與界面研究    陳立桅;

基于硅納米線陣列的有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化光伏電池的制備及性能表征研究    申小娟

噴涂法制備聚合物太陽(yáng)能電池器件研究    陳征

有機(jī)—無(wú)機(jī)雜化光伏電池中的界面效應(yīng)及調(diào)控研究    張付特

基于電極界面層調(diào)控實(shí)現(xiàn)電池高效聚合物太陽(yáng)池的研究    何志才

星形齊聚噻吩衍生物的制備及其光、電性能與應(yīng)用研究    關(guān)麗

吡嗪聚合物和卟啉小分子的合成及其光伏性能研究    秦紅梅

一維殼核式復(fù)合半導(dǎo)體雜化敏化太陽(yáng)能電池的研究    孫寶

一維納米材料的制備及在新能源中的利用    胡小艷

含烷基三唑基團(tuán)的新型共軛聚合物給體材料的設(shè)計(jì)和合成及其在太陽(yáng)電池中的應(yīng)用    董楊

聚合物光伏器件形貌特性、性能及穩(wěn)定性研究    陸運(yùn)章

本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池的數(shù)值模擬    劉偉

多支鏈含給—受體結(jié)構(gòu)的共軛鉑（Ⅱ）芳香炔配合物的合成及其非線性光學(xué)性質(zhì)研究    黃招輝

結(jié)合活性自由基聚合和Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)制備功能性聚合物    邢澤詠

有機(jī)光電功能材料的理論研究及設(shè)計(jì)    張燕

新型富勒烯衍生物的合成以及在聚合物太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    楊濤

納米硅基光伏器件的制備及性能研究    劉東

企業(yè)社會(huì)資本對(duì)創(chuàng)新績(jī)效的影響研究    張良

有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池界面修飾的研究    黃俊華

PCPDTBT：ICBA聚合物太陽(yáng)能電池特性研究    魏棟

基于BDT單體的共軛聚合物的合成及性能研究    孫麗麗

緩沖層對(duì)LBO晶體上1064nm,532nm增透膜附著力的影響    譚天亞;吳煒;郭永新;邵建達(dá);范正修;

石英襯底上Au緩沖層對(duì)ZnO薄膜微結(jié)構(gòu)的影響    李寧;陳金菊;鄧宏;

硬回收裝置的設(shè)計(jì)探討    趙良;田恒春;

利用同質(zhì)緩沖層濺射生長(zhǎng)c軸擇優(yōu)取向氮化鋁薄膜    梁俊華;郭冰;劉旭;

p/i界面摻碳緩沖層沉積時(shí)間對(duì)非晶硅太陽(yáng)電池性能的影響    薛俊明;韓建超;張德坤;孫建;任慧志;管智贇;趙穎;耿新華;

AlN緩沖層對(duì)ZnO薄膜質(zhì)量的影響    宗磊;李清山;李新坤;張霞;梁德春;徐言東;

雙軸織構(gòu)氧化鈰薄膜的反射高能電子衍射分析    魏賢華;熊杰;接文靜;

緩沖層提高有機(jī)聚合物光伏電池性能研究    李衛(wèi)民;郭金川;孫秀泉;周彬;

CSD制備涂層導(dǎo)體緩沖層的技術(shù)進(jìn)展    王耀;周廉;盧亞鋒;李成山;于澤銘;李金山;

淺談建筑生態(tài)化策略    孫培芳;

(Ni_(0.81)Fe_(0.19))_(66)Cr_(34)緩沖層對(duì)Ni_(74)Co_(26)薄膜各向異性磁電阻的影響    周麗萍;季勇;季紅;王艾玲;鄭鵡;姜宏偉;

石墨緩沖層對(duì)有機(jī)電致發(fā)光器件性能的影響    姚寧;邢宏偉;穆慧慧;常立紅;崔娜娜;王英儉;張兵臨;

低溫Ge作緩沖層的高組份SiGe弛豫襯底生長(zhǎng)研究    周志文;蔡志猛;張永;周筆;林桂江;賴(lài)虹凱;李成;陳松巖;余金中;

使用氧化鋅奈米層當(dāng)作緩沖層之氮化鎵發(fā)光二極體    陳隆建;張德全;鐘正邦;

超高速發(fā)射中緩沖層材料對(duì)鉭飛片速度影響的數(shù)值分析    柏勁松;沈強(qiáng);唐蜜;胡建波;羅國(guó)強(qiáng);譚華;張聯(lián)盟;

雙軸織構(gòu)NiO緩沖層的形成和它對(duì)YBCO膜的取向作用    郭漢生;周美玲;史佳新;胡小軍;傅祖明;鄔秋林;

緩沖層對(duì)釬焊接頭殘余應(yīng)力的影響的有限元法計(jì)算    程大勇;陸善平;郭義;

退火條件和緩沖層對(duì)Si基β-FeSi_2發(fā)光二極管的影響    李成;賴(lài)虹凱;陳松巖;

緩沖層對(duì)Au膜電阻率的影響    唐武;殷學(xué)松;鄧龍江;

“S”絞技術(shù)在室內(nèi)軟光纜上的應(yīng)用    張彪;

包裝箱用帶緩沖層的復(fù)合紙墊板    

金存小博士V6-2.0    小琴

劣質(zhì)頭盔“二次殺手”    柯志恒 本報(bào)記者　 江 東

斜直兩用巨胎簾布裁斷機(jī)研制成功    陳維芳　陳原佳

大棚遭寒襲五法巧應(yīng)急    施偉

Corning    

劣質(zhì)頭盔泛濫成災(zāi)    龐彩偉;龐漢

汽車(chē)的輪胎（上）    欄目主持 黃震

基層司法行政工作要在新鐵嶺大鐵嶺建設(shè)中建功立業(yè)    楊鳳山

人造草坪市場(chǎng)前景分析    北京林業(yè)大學(xué)草坪研究所 宋桂龍

高分子輔助化學(xué)溶液沉積法制備涂層導(dǎo)體緩沖層長(zhǎng)帶    雷鳴

高分子輔助化學(xué)溶液沉積法制備涂層導(dǎo)體緩沖層和超導(dǎo)層    張欣

GaN和AIGaN/GaN的RFP-MBE生長(zhǎng)及其特性研究    趙智彪

有機(jī)發(fā)光二極管中載流子注入和傳輸機(jī)制的研究    張松濤

有機(jī)電致發(fā)光材料及器件的研究    歐谷平

有機(jī)電致發(fā)光器件中的能量與載流子調(diào)控問(wèn)題研究    王福芝

脈沖激光沉積氧化鋅及其相關(guān)多層膜的研究    霍炳至

鈦酸鍶鋇薄膜在金屬銅箔上的制備及其性能研究    范艷華

硅襯底GaN基藍(lán)光LED材料生長(zhǎng)及器件研制    莫春蘭

氧化物鐵電薄膜生長(zhǎng)與界面控制方法研究    魏賢華

在役棒形懸式瓷絕緣子強(qiáng)度分析及爬波無(wú)損評(píng)價(jià)    樊利國(guó)

3C-SiC緩沖層對(duì)在6H-SiC上生長(zhǎng)SiCGe的影響    許鈞

AlGaN日盲紫外探測(cè)器材料生長(zhǎng)及表征    梁棟

GaN生長(zhǎng)中氮化工藝及GaMnN薄膜生長(zhǎng)研究    孫萬(wàn)峰

采用緩沖層結(jié)構(gòu)的脈沖功率開(kāi)關(guān)RSD研究    劉寶生

高分子輔助化學(xué)溶液沉積法制備REBiO_3新型緩沖層    孫瑞萍

化學(xué)溶液法制備涂層導(dǎo)體緩沖層的技術(shù)研究    王耀

GaN襯底上復(fù)合緩沖層誘導(dǎo)BST類(lèi)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物薄膜外延生長(zhǎng)的研究    經(jīng)晶

脈沖激光沉積GaN薄膜研究    席洪柱

磁控濺射法制備涂層導(dǎo)體緩沖層薄膜    張貴東