基于酞菁類金屬配合物的有機(jī)太陽能電池研究

【摘要】：太陽能具有分布范圍廣、獲取方便、對(duì)環(huán)境無污染、取之不盡的優(yōu)點(diǎn),可以解決傳統(tǒng)石化能源可能出現(xiàn)的枯竭問題,是清潔能源、可再生新能源中的首選。太陽能電池通過光伏效應(yīng)產(chǎn)生電能。無機(jī)太陽能電池、染料敏化太陽能電池和有機(jī)薄膜太陽能電池的研制是器件發(fā)展的三個(gè)主要類型。 有機(jī)太陽能電池是光伏領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一,由于有機(jī)小分子材料易于通過真空蒸發(fā)的方式成膜,通過對(duì)有機(jī)小分子太陽能電池的研究,從而得到適合有機(jī)太陽能電池制備的最優(yōu)材料,進(jìn)而應(yīng)用于商用太陽能電池的研制。激子的產(chǎn)生激子的擴(kuò)散與解離、電荷輸運(yùn)以及電荷在電極處被收集是有機(jī)太陽能電池產(chǎn)生光伏效應(yīng)的主要過程；為了形成具有電荷分離作用的異質(zhì)結(jié),選擇合適的有機(jī)材料,使得給體材料的HOMO能級(jí)、受體材料的LUMO能級(jí)與相對(duì)應(yīng)的電極功函數(shù)相匹配,從而制備出高能量轉(zhuǎn)化效率的異質(zhì)結(jié)太陽能電池。 本文中采用結(jié)構(gòu)為ITO/MPc(metal Phthalocyanine)/C60/Al的雙層平面異質(zhì)結(jié)制備太陽能電池。采用原子力顯微鏡測試分析銦錫氧化物(ITO)上生長MPc/C60雙層薄膜的形貌,得到薄膜在ITO表面生長規(guī)律；利用紫外-可見光譜測試得到雙層有機(jī)薄膜在紫外-可見光區(qū)域的吸收強(qiáng)度,分析得到該結(jié)構(gòu)的電池有著良好的光吸收特性。對(duì)制備的太陽能電池器件作相關(guān)電學(xué)特性測試,研究雙層有機(jī)薄膜電池在MPc層厚度特定的條件下,通過改變C60層厚度,得到電池在光源照射下的電流密度數(shù)值隨著C60層厚度的增加而減小。同時(shí),研究加入陰極修飾層Cdq2后電池性能的改善,得到Cdq2層的最優(yōu)化厚度。對(duì)有機(jī)薄膜電池而言,需進(jìn)一步通過界面修飾和采用體異質(zhì)結(jié)等方式來有效提高電池的性能；同時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)光源測試條件下系統(tǒng)分析開路電壓、短路電流和填充因子等各項(xiàng)參數(shù),得到最優(yōu)能量轉(zhuǎn)化效率的有機(jī)太陽能電池。 【關(guān)鍵詞】：酞菁類金屬配合物 有機(jī)太陽能電池 平面異質(zhì)結(jié)
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-11
• 1.1 無機(jī)太陽能電池的發(fā)展8-9
• 1.2 染料敏化太陽能電池簡介9
• 1.3 有機(jī)光伏材料電荷輸運(yùn)理論9-11
• 第二章 有機(jī)太陽能電池概述11-25
• 2.1 有機(jī)太陽能電池基本原理11-15
• 2.1.1 太陽輻射光譜12
• 2.1.2 太陽能電池器件的等效電路12-15
• 2.1.3 有機(jī)太陽能電池的性能表征15
• 2.2 有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)15-18
• 2.2.1 基本結(jié)構(gòu)15-17
• 2.2.2 按器件結(jié)構(gòu)分類17-18
• 2.3 有機(jī)太陽能電池研究進(jìn)展18-20
• 2.4 有機(jī)太陽能電池材料20-23
• 2.4.1 聚合物材料20-22
• 2.4.2 有機(jī)小分子材料22-23
• 2.5 有機(jī)太陽能電池的制備方法23-25
• 第三章 基于酞菁類金屬配合物的平面異質(zhì)結(jié)太陽能電池制備25-47
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料25-28
• 3.1.1 陽極材料ITO25
• 3.1.2 給體材料酞菁銅CuPc、酞菁鋅ZnPc25-27
• 3.1.3 受體材料富勒烯C6027-28
• 3.2 器件制備過程28-31
• 3.2.1 ITO襯底的清洗28-29
• 3.2.2 結(jié)構(gòu)為ITO/CuPc/C60/Al和ITO/ZnPc/C60/Al的有機(jī)太陽能電池制備29-31
• 3.3 原子力顯微鏡及紫外-可見吸收光譜分析雙層有機(jī)薄膜31-34
• 3.3.1 原子力顯微鏡分析31-32
• 3.3.2 紫外-可見光譜分析32-34
• 3.4 ITO/CuPc/C60/Al、ITO/ZnPC/C60/Al結(jié)構(gòu)的電池測試數(shù)據(jù)分析34-47
• 3.4.1 ITO/CuPc/C60/Al結(jié)構(gòu)的太陽能電池?cái)?shù)據(jù)分析36-38
• 3.4.2 I TO/ZnPc/C60/Al結(jié)構(gòu)的太陽能電池?cái)?shù)據(jù)分析38-41
• 3.4.3 加入陰極修飾層后平面異質(zhì)結(jié)太陽能電池的測量41-43
• 3.4.4 I TO/ZnPc/PTCDA/C60/Al結(jié)構(gòu)的太陽能電池?cái)?shù)據(jù)分析43-44
• 3.4.5 雙層平面異質(zhì)結(jié)薄膜電池性能分析44-47
• 第四章 總結(jié)和展望47-49
• 參考文獻(xiàn)49-52
• 在學(xué)期間的研究成果52-53
• 致謝53

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