P3HT:PC_(61)BM反式聚合物太陽能電池的制備與性能研究

【摘要】：本論文簡要介紹了聚合物太陽能電池的常用材料、器件結(jié)構(gòu)、本體異質(zhì)結(jié)型(BHJ)聚合物太陽能電池(PSCs)的工作原理及發(fā)展近況。在本體異質(zhì)結(jié)型聚合物太陽能電池中，界面材料的性質(zhì)以及載流子遷移率是影響PSCs光電轉(zhuǎn)化效率的重要因素。因此，本論文主要研究了界面層和小分子添加劑對P3HT: PC_(61)BM聚合物太陽能電池反向器件性能的影響。主要研究內(nèi)容如下： 1、采用磁控濺射的方法制備了致密的TiO_2薄膜并用于反式聚合物太陽能能電池，并研究了TiO_2薄膜的晶化度以及厚度對P3HT: PC_(61)BM聚合物太陽能電池反向器件性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，當TiO_2電子傳輸層的厚度在42nm時，基于未退火處理的TiO_2薄膜電子傳輸層的PSCs的光伏參數(shù)為：Jsc=9.11mA.cm-2；Voc=0.63V；FF=0.50；PCE=2.85%。TiO_2薄膜經(jīng)過450℃下退火30min后，其PSCs器件的性能參數(shù)為：Jsc=10.02mA.cm-2；Voc=0.66V；FF=0.57；PCE=3.75%。因此，TiO_2薄膜的結(jié)晶，有利于提高器件的光伏性能。同時我們還研究了TiO_2薄膜的厚度對器件性能的影響，研究結(jié)果表明，厚度在實驗范圍內(nèi)，TiO_2對可見光的透過率影響極小，但對紫外光的吸收隨著TiO_2厚度的增加而增強，故一定厚度的TiO_2有利于保護光活性層。當厚度在42nm~73nm之間時，器件性能較好。這是因為TiO_2太薄時，TiO_2薄膜存在一定程度的缺陷，導致電子與空穴復合嚴重，故器件的并聯(lián)電阻較小，器件性能降低；而TiO_2太厚則使器件的串聯(lián)電阻增大。 2、以DH4T作為P3HT: PC_(61)BM光活性層的添加劑，并研究了DH4T的含量對其反式聚合物太陽能電池器件光電轉(zhuǎn)換性能的影響。初步研究結(jié)果表明，在P3HT: PC_(61)BM光活性層中加入一定量的DH4T有利于提高器件性能。當不添加DH4T時，基于P3HT: PC_(61)BM光活性層的反式PSCs的光伏參數(shù)為：Jsc=10.00mA.cm-2；Voc=0.66V；FF=0.56；PCE=3.68%。而當在光活性層中加入10%的DH4T時，其反式PSCs器件的光伏參數(shù)為：Jsc=10.30mA.cm-2；Voc=0.67V；FF=0._(61)；PCE=4.22%。DH4T的加入主要提高了器件的填充因子，其短路電流密度增加的比較小，而開路電壓基本上保持不變。DH4T的加入，可能提高了光活性層的空穴遷移率，從而提高了器件的填充因子和短路電流密度。開路電壓主要決定于給體材料的HOMO能級與受體的LUMO能級，故開路電壓基本保持不變。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 反向器件 電子傳輸層 P3HT PC_(61)BM DH4T
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：O631.1;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 文獻綜述9-29
• 1.1 研究背景9
• 1.2 聚合物太陽能電池概述9-23
• 1.2.1 聚合物太陽能電池的特點10-11
• 1.2.2 聚合物太陽能電池的工作原理11-13
• 1.2.3 聚合物太陽能電池的性能參數(shù)13-14
• 1.2.4 聚合物太陽能電池給體材料14-18
• 1.2.5 聚合物太陽能電池受體材料18-19
• 1.2.6 聚合物太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)19-23
• 1.3 界面層材料的作用23-26
• 1.3.1 陽極界面層23-24
• 1.3.2 陰極界面層24-25
• 1.3.3 光學間隔層25-26
• 1.4 反式聚合物太陽能電池的研究26-28
• 1.5 聚合物太陽能電池的發(fā)展趨勢28
• 1.6 本論文的設(shè)計思想與研究內(nèi)容28-29
• 第2章 反應磁控濺射制備的 TiO_2薄膜對光伏器件的性能影響29-38
• 2.1 引言29-30
• 2.2 實驗部分30-31
• 2.2.1 儀器和試劑30
• 2.2.2 致密 TiO_2薄膜的制備步驟30
• 2.2.3 活性層溶液的制備30
• 2.2.4 器件的制備30-31
• 2.3 實驗結(jié)果及分析討論31-36
• 2.3.1 TiO_2薄膜晶化度對光伏器件性能的影響31-33
• 2.3.2 TiO_2薄膜的厚度對光伏器件性能的影響33-36
• 2.4 本章小結(jié)36-38
• 第3章 DH4T 摻雜對器件性能影響的研究38-43
• 3.1 引言38-39
• 3.2 實驗部分39
• 3.2.1 儀器和試劑39
• 3.2.2 TiO_2陰極界面層的制備39
• 3.3 實驗結(jié)果與討論39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 總結(jié)展望43-44
• 參考文獻44-51
• 附錄 A 試劑、藥品及其純化方法51-52
• 附錄 B 儀器及測試條件和方法52-53
• 致謝53-54
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文情況54

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