新型給體材料及活性層摻雜控制的有機(jī)太陽能電池研究

【摘要】：有機(jī)聚合物太陽能電池的研究開始于上世紀(jì)70年代，由于其具有重量輕、可用濕法成膜、具有大面積制備的潛能，以及可制備成柔性、特種形狀器件、甚至可以實(shí)現(xiàn)全塑料化和較強(qiáng)的光吸收密度等優(yōu)點(diǎn)，成為近年來最熱門的研究領(lǐng)域之一。本文從共軛聚合物給體材料出發(fā)，制備不同活性層材料的共混器件，研究對活性層材料進(jìn)行摻雜控制對有機(jī)太陽能電池的性能的影響，主要內(nèi)容如下： （1）使用六種不同結(jié)構(gòu)新型共軛聚合物給體材料制備有機(jī)太陽能電池器件。通過測量其能帶結(jié)構(gòu)與UV-Vis光譜，了解材料的光學(xué)性能，使用SEM顯微鏡分析給體與受體的互溶情況。其中一種材料的能帶結(jié)構(gòu)為1.5eV左右，小于其它幾種材料的能帶間隙，并且吸收光譜覆蓋太陽光譜的比例同樣大于其它幾種材料。從器件檢測的數(shù)據(jù)來看，這種結(jié)構(gòu)的材料為給體的器件效率為2.14%，遠(yuǎn)高于其它幾種材料為給體的器件效率。分子的HOMO能級與受體匹配較高，能夠得到較高的開路電壓（VOC），活性層形貌良好，給體與受體共混充分，并沒有出現(xiàn)孔洞、裂紋、大范圍的突起等明顯的缺陷，也不存在明顯的結(jié)晶現(xiàn)象。 （2）研究對P3HT體系的活性層優(yōu)化控制對器件性能的影響，慢結(jié)晶器件的效率達(dá)到3.9%，短路電流為10.1mA/cm~2，外量子效率達(dá)到60%。而快結(jié)晶器件的效率為2.7%，短路電流為9.5mA/cm~2，外量子效率達(dá)到45%。兩種條件下的器件開路電壓保持相同水平。慢結(jié)晶器件活性層的表面粗糙度明顯大于快結(jié)晶，與陰極接觸更加充分，并且出現(xiàn)P3HT結(jié)晶現(xiàn)象，使得激子分離界面大大增加。此外，采用強(qiáng)吸電子小分子材料四氫乙烯摻雜P3HT與PCBM為活性層的器件中，進(jìn)一步改善活性層的電子轉(zhuǎn)移能力，濃度分別為0.1%、1%，另一組摻雜濃度為0.5%，所得器件效率、短路電流、外量子效率隨濃度增加而增加。 （3）使用兩種改性后的PCBM受體材料，改性后材料的能級結(jié)構(gòu)與PCBM相同，球體上增加新的元素Br。光學(xué)顯微鏡和SEM形貌圖顯示，這兩種受體材料的溶解性很差，在薄膜表面出現(xiàn)明顯的結(jié)晶現(xiàn)象，從器件測量的結(jié)果來看，即使兩種給體的性能較好，得到的器件效率也非常低，但UV-Vis光譜顯示改性后的PCBM的光吸收能力大大增強(qiáng)。 （4）向活性層中摻雜有機(jī)鹽分子，在強(qiáng)電場的作用下促使陰陽離子分離，能夠在活性層的一側(cè)形成離子的聚集，形成偶極層，促使活性層中的電子轉(zhuǎn)移與收集。從能譜表征的角度出發(fā)，驗(yàn)證了本設(shè)想，并且初步應(yīng)用在器件當(dāng)中，產(chǎn)生一定有益的結(jié)果，但在器件的進(jìn)一步制備中，由于有機(jī)鹽材料選擇不當(dāng)，導(dǎo)致不與活性層材料互溶，實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不理想，但為進(jìn)一步的極性分子摻雜在電場作用下重新分布的表征給出一定的依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：共軛聚合物 太陽能電池 本體異質(zhì)結(jié) 電場控制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析11-16
• 1.2.1. 共軛聚合物太陽能電池原理11-13
• 1.2.2. 共軛聚合物太陽能電池材料的發(fā)展13-15
• 1.2.3. 基于活性層摻雜的有機(jī)太陽能電池研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與方法17-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備17-18
• 2.2 器件制備流程18-20
• 2.3 共軛聚合物材料及電池器件的表征方法20-25
• 2.3.1 UV-Vis 光譜20
• 2.3.2 形貌表征20
• 2.3.3 膜厚測量20-21
• 2.3.4 電流密度-電壓曲線（I-V 曲線）21-24
• 2.3.5 外量子效率 EQE 曲線24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 新型給體材料的太陽能電池制備與表征26-43
• 3.1 引言26-27
• 3.2 SZ-1、SZ-2、SZ-3 給體材料的器件制備與表征27-33
• 3.2.1 活性層材料性能的表征與分析27-28
• 3.2.2 器件的制備與結(jié)果分析28-33
• 3.3 P1、P2、P3 給體材料的器件制備與表征33-41
• 3.3.1 活性層材料的性能表征與分析34-35
• 3.3.2 器件的制備與結(jié)果分析35-38
• 3.3.3 以 P70CBM 為受體的器件性能表征38-40
• 3.3.4 給體材料 P2 倒置結(jié)構(gòu)的器件制備與性能表征40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-43
• 第4章 活性層摻雜控制的研究43-60
• 4.1 引言43
• 4.2 對 P3HT：PCBM 活性層摻雜控制研究43-49
• 4.2.1 控制 P3HT: PCBM 活性層結(jié)晶對器件的影響43-46
• 4.2.2 控制小分子摻雜對 P3HT: PCBM 為活性層器件的影響46-49
• 4.3 新型受體材料的器件制備與表征49-53
• 4.4 活性層摻雜控制的研究53-58
• 4.4.1 電場控制的能譜表征53-56
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-69
• 致謝69

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

有機(jī)太陽能電池用聚合物給體材料的研究進(jìn)展    葉懷英;李文;李維實(shí);

兩種異質(zhì)結(jié)太陽能電池聚合物供體材料的設(shè)計與理論性質(zhì)    劉小銳;陳春香;何榮幸;申偉;李明;

基于1,2,4-三氮唑衍生物的共軛聚合物的合成及其光伏性能    李新煒;趙斌;曹鎮(zhèn)財;沈平;譚松庭;

基于芳香性聚酰亞胺的光電功能材料及器件研究進(jìn)展    王智瑋;劉麗媛;陳潤鋒;鄭超;蘇海全;黃維;

苯并噻二唑類有機(jī)太陽能電池材料研究進(jìn)展    和平;李在房;侯秋飛;王艷玲;

聚(3-己基噻吩)作為光譜增感層在有機(jī)太陽電池光譜響應(yīng)增強(qiáng)中的應(yīng)用    吳振武;劉揚(yáng);韋尚江;黃訓(xùn);張東煜;周明;陳立桅;馬昌期;王華;

新型共軛聚合物的設(shè)計、合成及光電性能研究    曹康麗

新型給體—受體共軛聚合物的設(shè)計、合成及其有機(jī)光伏太陽能電池性能研究    胡超

凝膠滲透色譜中梳形聚電解質(zhì)長支鏈的體積效應(yīng)研究    李慧

基于二維結(jié)構(gòu)苯并二噻吩電子供體單元聚合物太陽能電池材料的研究    李陽

基于液晶的半透明聚合物太陽能電池性能研究    楊啟滿

加拿大國家研究理事會研究開發(fā)有機(jī)太陽能電池    

加拿大國家研究理事會研究開發(fā)有機(jī)太陽能電池    

有機(jī)太陽能電池效率提高至6.5%    

有機(jī)太陽能電池技術(shù)及市場展望    莊陶鈞;劉亞東;

有機(jī)太陽能電池理論轉(zhuǎn)換效率接近100%    葉子;

綜研化學(xué)和神戶大學(xué)開發(fā)出p型半導(dǎo)體P3HT的新合成法,可用于有機(jī)太陽能電池    鄭冬冬;

有機(jī)太陽能電池研究進(jìn)展    林鵬,張志峰,熊德平,張夢欣,王麗

德國有機(jī)太陽能電池轉(zhuǎn)化效率破世界記錄    

德國有機(jī)太陽能電池轉(zhuǎn)化效率破世界記錄    

有機(jī)太陽能電池有望商品化    田禾;

可溶性小分子有機(jī)太陽能電池    范斌;田清勇;白華;

基于碳納米管纖維的有機(jī)太陽能電池    陳濤;仰志斌;彭慧勝;

基于取向碳納米管膜的柔性有機(jī)太陽能電池    仰志斌;陳濤;何瑞旋;彭慧勝;

柔性及疊層薄膜有機(jī)太陽能電池研究    馬廷麗;

各向同性/異性的苯并二噻吩類有機(jī)共軛小分子光物理性質(zhì)理論研究    雍雪;張景萍;

采用PEO為陰極修飾層提高有機(jī)太陽能電池的穩(wěn)定性    田慧;徐昊;楊利營;印壽根;

D-A型單分散共軛液晶齊聚物及其組裝結(jié)構(gòu)    耿延候;卜臘菊;曲建飛;謝志元;閆東航;王佛松;

9-(二辛基甲基)-2,7-咔唑-alt-5,7-(二噻吩-2基)-2,3-二苯基噻吩并[3,4-b]吡嗪共聚衍生物的合成及其光伏性能研究    李健民;譚華;聶凱旋;黃穎;王亞飛;鄧先平;姜鵬程;劉煜;朱衛(wèi)國;

Rubrene/C_(60)結(jié)有機(jī)太陽能電池的陽極改性及偏壓處理研究    吳冰;劉彭義;李艷武;常鵬;

有機(jī)太陽能電池ITO電極的光刻制備法及其研究    席曦;王振交;楊輝;喬琦;季靜佳;陸紅艷;李果華;

美評估有機(jī)太陽能電池對環(huán)境的影響    記者 毛黎

美國研發(fā)可拉伸有機(jī)太陽能電池    蔡佳

德支持企業(yè)開發(fā)有機(jī)太陽能電池    記者 顧鋼

有機(jī)太陽能電池既可自組裝又能自我修復(fù)    劉霞

疊層型有機(jī)太陽能電池接近商用    記者 邰舉

觸摸未來電子生活    張德強(qiáng) 高裕弟 劉嵩

光能轉(zhuǎn)換為電能的光電塑料技術(shù)    

已在發(fā)電效率上取得重要進(jìn)展    記者 馮海波 通訊員 龔華萍

2007年世界科技發(fā)展回顧(七)    本版編輯張浩 鄭曉春 鄧國慶 毛黎 何屹 顧鋼 何永晉

世界各國加快太陽能應(yīng)用    劉林森

基于聚合物的有機(jī)太陽能電池的研制與表征    喬芬

有機(jī)太陽能電池中的光物理過程研究    陳向東

有機(jī)太陽能電池電學(xué)模型與數(shù)值研究    馬朝柱

有機(jī)太陽能電池的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)等效電路和多重電荷分離界面研究    黃江

基于卟啉的小分子和聚合物的合成及其光伏性能研究    黃玉英

有機(jī)聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽能電池：分子結(jié)構(gòu)，表面形貌與新型器件結(jié)構(gòu)    周印華

電沉積制備聚噻吩有序微結(jié)構(gòu)及有機(jī)太陽能電池    于偉利

聚合物太陽能電池機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究    李衛(wèi)民

可溶液加工的給受體型有機(jī)小分子材料的設(shè)計合成及光伏性能    李慧

有機(jī)光伏二極管的光電子性能研究    張光

新型給體材料及活性層摻雜控制的有機(jī)太陽能電池研究    裴建勛

聚合物和小分子有機(jī)太陽能電池的制備和表征    閆鵬

有機(jī)太陽能電池的電極調(diào)控    楊彬彬

聚合物有機(jī)太陽能電池器件的性能研究    李占峰

體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池光電性能的研究    劉峰

可溶液加工的石墨烯在有機(jī)太陽能電池中的應(yīng)用    劉朝陽

有機(jī)太陽能電池光學(xué)空間層和倒置結(jié)構(gòu)的研究    劉晨曦

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

基于傳輸矩陣法的有機(jī)太陽能電池光學(xué)性能分析    李祥

基于傳輸矩陣法的有機(jī)太陽能電池的光學(xué)計算研究    曹婧