基于SubPc/C_(60)的有機(jī)太陽能電池研究

【摘要】：太陽能電池是現(xiàn)代利用太陽做清潔能源的主要方式之一。有機(jī)薄膜太陽能電池因其材料廣、成本低、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)受到世界的關(guān)注。但是相對無機(jī)太陽能電池，其效率還是偏低。 亞酞菁（SubPc）是一種有望在有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用的新型光電材料，其具有酞菁類材料的基本性質(zhì)，同時(shí)有比酞菁材料更低的HOMO能級(jí)，有望獲得高開路電壓的有機(jī)太陽能電池。本論文以SubPc為給體材料，主要進(jìn)行了以下幾部分研究： 第一部分，實(shí)驗(yàn)制備以SubPc為給體材料和C_(60)為受體材料的雙層有機(jī)小分子太陽能電池：ITO/SubPc/C_(60)/Ag。在此基本結(jié)構(gòu)增加陽極修飾層PEDOT:PSS和激子阻擋層Bphen，研究其對器件性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)器件同時(shí)增加陽極修飾層和激子阻擋層時(shí)，得到的器件性能最好，其短路電流密度Jsc達(dá)到2.88mA/cm~2，開路電壓Voc達(dá)到0.79V，能量轉(zhuǎn)換效率PCE為0.73%。 第二部分，為了提高太陽能電池的效率，將空穴傳輸材料并五苯（pentacene）引入到電池中用以提高電池的電流密度。結(jié)果顯示：一、將pentacene作為電池的空穴傳輸層插入到PEDOT:PSS和SubPc之間。pentacene厚度為4nm時(shí)，電池的短路電流密度得到最大的提升，從2.46mA/cm~2增大到4.23mA/cm~2，但是于此同時(shí)，開路電壓從0.74V降到了0.31V，最后效率反而降低了。二、將pentacene作為SubPc和C_(60)雙層結(jié)構(gòu)電池的中間插入層。隨著pentacene厚度的增加，電池性能急劇下降，當(dāng)pentacene=6nm時(shí)，能量轉(zhuǎn)換效率已不足0.01%。三、將pentacene和SubPc混合，作為給體材料。對比pentacene:SubPc/C_(60)和pentacene:SubPc/SubPc/C_(60)結(jié)構(gòu)的電池，結(jié)果顯示在混合給體材料和C_(60)之間加入一層SubPc后，短路電流密度和開路電壓都提高了，電池的性能得到全面改善，效率提高了46%。 第三部分，將和SubPc具有同樣HOMO能級(jí)的磷光材料(pbi)_2Ir(acac)作為給體材料，設(shè)計(jì)了SubPc/(pbi)_2Ir(acac)/C_(60)的三層有機(jī)太陽能電池器件，并對比(pbi)_2Ir(acac)/C_(60)和SubPc/C_(60)雙層結(jié)構(gòu)的電池器件。三層結(jié)構(gòu)電池的轉(zhuǎn)換效率只有0.05%，效率較低。不過其實(shí)驗(yàn)結(jié)果為使用磷光染料作為太陽能電池的光敏材料進(jìn)一步研究做了有益的探索。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)薄膜太陽能電池 亞酞菁 并五苯 效率 開路電壓
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 研究意義與背景11-13
• 1.2 太陽能的利用13-19
• 1.2.1 太陽13
• 1.2.2 人類利用太陽能的歷史13-16
• 1.2.3 太陽能電池的發(fā)展史16-19
• 1.3 國內(nèi)外光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀19-21
• 1.4 國內(nèi)外太陽能電池研究現(xiàn)狀21-22
• 1.5 本論文的主要工作內(nèi)容22-24
• 第二章 有機(jī)薄膜太陽能電池24-37
• 2.1 太陽能電池的分類24-28
• 2.1.1 熱電太陽能電池24
• 2.1.2 光化學(xué)太陽能電池24-25
• 2.1.3 光電太陽能電池25-28
• 2.1.4 熱電-光電復(fù)合型太陽能電池28
• 2.2 有機(jī)薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)28-32
• 2.2.1 單層結(jié)構(gòu)28-29
• 2.2.2 雙層結(jié)構(gòu)29-30
• 2.2.3 體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)30
• 2.2.4 三層及多層結(jié)構(gòu)30-31
• 2.2.5 級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)31-32
• 2.3 有機(jī)薄膜太陽能電池的作用機(jī)理32-34
• 2.3.1 半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)32
• 2.3.2 有機(jī)薄膜太陽能電池的工作原理32-34
• 2.4 有機(jī)薄膜太陽能電池的主要性能參數(shù)34-37
• 第三章 陽極修飾層和激子阻擋層對器件性能的影響37-48
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分37-44
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料37-39
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備39-42
• 3.1.3 器件的制備和測試42-44
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析44-47
• 3.3 小結(jié)47-48
• 第四章 空穴傳輸材料 pentacene 對器件性能的影響48-57
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分48-49
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料48
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備48-49
• 4.1.3 器件的制備和測試49
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析49-56
• 4.2.1 pentacene 作為空穴傳輸層對器件性能的影響研究49-52
• 4.2.2 pentacene 作為中間插入層對器件性能影響研究52-55
• 4.2.3 pentacene 和 SubPc 混合給體電池研究55-56
• 4.3 小結(jié)56-57
• 第五章 磷光材料(pbi)_2Ir(acac)對器件性能的影響57-63
• 5.1 實(shí)驗(yàn)部分57-59
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)材料57-58
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備58
• 5.1.3 器件的制備和測試58-59
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析59-62
• 5.3 小結(jié)62-63
• 第六章 總結(jié)與展望63-65
• 6.1 本論文的主要研究內(nèi)容63-64
• 6.2 目前存在的問題和展望64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 攻讀碩士期間取得的成果71-72

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疊層型有機(jī)太陽能電池接近商用    記者 邰舉

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小分子有機(jī)太陽能電池增效50%    華凌

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

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