聚合物太陽能電池的光致老化機理及器件穩(wěn)定性的研究

【摘要】：聚合物太陽能電池是一種將光能直接轉(zhuǎn)換為電能的固體薄膜器件，具有生產(chǎn)成本低，重量輕，可柔性制備等優(yōu)點，近年來受到學(xué)界與相關(guān)產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，但其穩(wěn)定性一直是一個薄弱環(huán)節(jié)。本文主要從聚合物太陽能電池的光致老化機理及器件穩(wěn)定性方面展開研究，主要研究內(nèi)容如下： 首先，研究了位阻胺TMP對聚合物太陽能電池活性層材料穩(wěn)定性的影響。本研究采用的活性層給體有兩種，分別是P3HT和MEH-PPV。將活性層薄膜和加入位阻胺TMP的活性層薄膜一起置于UV-O3的輻照下處理，從而加速共軛聚合物的光致老化，老化后通過中紅外分析儀和紫外-可見分光光度計測試聚合物分子結(jié)構(gòu)的變化和對紫外-可見光吸收的變化，分析其光致老化機理并對老化的實驗結(jié)果進行對比分析。紅外光譜分析表明添加位阻胺的聚合物分子結(jié)構(gòu)遭到破壞的程度比較小，位阻胺TMP能夠抑制共軛結(jié)構(gòu)的破壞，提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，材料的結(jié)構(gòu)決定性能，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提高了，光電性能的穩(wěn)定性也將隨之提高。紫外-可見光吸收表明添加了位阻胺的聚合物對可見光吸收的下降程度也要比未添加位阻胺的小很多，能夠在一定程度上保持聚合物分子鏈的有序性。說明在共軛聚合物薄膜中添加少量位阻胺可以在一定程度上抑制光致老化的發(fā)生，提高共軛聚合物的穩(wěn)定性。 其次，研究了位阻胺TMP對聚合物太陽能電池穩(wěn)定性的影響，活性層材料還是選用兩種，分別是P3HT:PCBM和MEH-PPV:PCBM。用P3HT:PCBM作為活性層的太陽能電池：在UV照射1h后蒸鍍電極，未摻雜位阻胺的器件能量轉(zhuǎn)換效率下降了46%，而摻雜位阻胺的器件能量轉(zhuǎn)換效率只下降了39%；活性層在UV下照射5min后蒸鍍電極，未摻雜TMP器件的能量轉(zhuǎn)換效率下降了17%，而摻雜了抗氧化劑的器件能量轉(zhuǎn)換效率則只下降了12%，測試完的器件置于干燥器中6h，未摻雜TMP的電池能量轉(zhuǎn)換效率下降了46%，而摻雜了抗氧化劑的器件能量轉(zhuǎn)換效率則只下降了27%，說明加入的位阻胺起到了抗氧化效果；器件在干燥器中放置24h，未摻雜抗氧化劑的器件效率下降了87%，而摻雜TMP器件下降得低一些，為63%；器件在空氣中放置3h，因為空氣中水含量的增多加重了對活性層材料的影響，所有器件的能量轉(zhuǎn)換效率都下降的非常嚴重，未摻雜抗氧化劑的器件效率下降了90%，而摻雜TMP的器件效率下降也高達72%。本研究還設(shè)置了用MEH-PPV:PCBM作為活性層的電池實驗，也得到了摻雜位阻胺的器件能量轉(zhuǎn)換效率下降慢的結(jié)果。兩種不同活性層的聚合物太陽能電池結(jié)果都表明，位阻胺類材料對器件的光致老化有一定程度的抑制作用，有利于提高其穩(wěn)定性。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 活性層 光致老化 穩(wěn)定性
【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
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題背景及研究意義10-11
• 1.2 聚合物太陽能電池及其穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 聚合物太陽能電池的材料穩(wěn)定性13-17
• 1.3.1 活性層材料的穩(wěn)定性13-17
• 1.3.2 電極材料的穩(wěn)定性17
• 1.4 聚合物太陽能電池的壽命17-19
• 1.5 本論文研究內(nèi)容19-20
• 第2章 實驗材料與方法20-28
• 2.1 實驗材料及設(shè)備20-21
• 2.1.1 實驗材料20-21
• 2.1.2 實驗設(shè)備21
• 2.2 P3HT 及 MEH-PPV 樣品的制備21-22
• 2.2.1 P3HT 及 MEH-PPV 薄膜的制備21-22
• 2.2.2 P3HT 及 MEH-PPV 薄膜的老化處理22
• 2.3 器件制備流程22-24
• 2.4 表征與測試方法24-28
• 2.4.1 薄膜的紅外表征24-25
• 2.4.2 薄膜的紫外-可見光吸收表征25-27
• 2.4.3 器件的電流密度-電壓曲線表征27-28
• 第3章 活性層材料 P3HT 的穩(wěn)定性研究28-45
• 3.1 P3HT 中加入位阻胺的紅外光譜分析28-34
• 3.1.1 P3HT 的紅外光譜結(jié)果及光致老化機理分析28-32
• 3.1.2 位阻胺 TMP 對 P3HT 的穩(wěn)定機理分析32-34
• 3.2 P3HT 中加入位阻胺的紫外-可見光吸收分析34-36
• 3.3 P3HT 作為活性層的器件的穩(wěn)定性分析36-43
• 3.3.1 活性層 UV 照射 1h36-37
• 3.3.2 器件在干燥器中 24h37-39
• 3.3.3 活性層 UV 照射 5min39-42
• 3.3.4 器件在空氣中放置 3h42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第4章 活性層材料 MEH-PPV 的穩(wěn)定性研究45-60
• 4.1 MEH-PPV 中加入位阻胺的紅外光譜分析45-50
• 4.1.1 MEH-PPV 的紅外光譜結(jié)果及光致老化機理分析45-48
• 4.1.2 位阻胺 TMP 對 MEH-PPV 的穩(wěn)定機理分析48-50
• 4.2 MEH-PPV 中加入位阻胺的紫外-可見光吸收分析50-51
• 4.3 MEH-PPV 作為活性層的器件的穩(wěn)定性分析51-58
• 4.3.1 活性層 UV 照射 1h51-52
• 4.3.2 器件在干燥器中 20h52-54
• 4.3.3 活性層 UV 照射 5min54-57
• 4.3.4 器件在空氣中放置 2h57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻61-66
• 致謝66

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