基于聚四氟乙烯有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池研究

【摘要】：現(xiàn)在人類面臨著嚴(yán)峻的能源危機(jī)和生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，所以改變現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)、發(fā)展清潔能源已經(jīng)成為世界各國(guó)都非常重視的課題。太陽(yáng)能具有清潔、可再生等特點(diǎn)，而太陽(yáng)能電池是利用太陽(yáng)能的主要形式之一。許多發(fā)達(dá)國(guó)家正積極開發(fā)低成本薄膜光伏電池技術(shù)。目前市場(chǎng)上主要的太陽(yáng)能電池產(chǎn)品還是以單晶硅太陽(yáng)電池、多晶硅太陽(yáng)電池和非晶硅太陽(yáng)電池為主，但是這些電池設(shè)計(jì)比較難、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高，這些因素是制約這一可再生能源充分利用的最大障礙。開發(fā)低成本、環(huán)境友好、資源豐富的下一代太陽(yáng)電池是當(dāng)前發(fā)展新型光伏技術(shù)的核心問題，基于各種新結(jié)構(gòu)、新材料的太陽(yáng)能電池應(yīng)運(yùn)而生，而有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池以其成本低、重量輕、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被人們重視。針對(duì)有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池，本論文進(jìn)行以下幾個(gè)方面研究： 1、第三章，我們?cè)贗TO電極上加入一層PTFE膜，制成結(jié)構(gòu)為ITO/PTFE/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al的雙緩沖層光伏器件，然后與未加入PTFE膜的光伏器件進(jìn)行比較。發(fā)現(xiàn)器件中加入PTFE膜后，器件的短路電流得到很大提高，開路電壓從0.43V增加到0.54V。當(dāng)器件中PTFE膜的厚度為3nm時(shí)，器件的光電轉(zhuǎn)換效率要比未加入PTFE膜的器件提高40%。 2、第四章，我們制備了結(jié)構(gòu)為ITO/PTFE/P3HT:PCBM/Al的光伏電池，測(cè)試結(jié)果表明，由于PTFE是電絕緣材料，體電阻非常大，使光伏器件的短路電流會(huì)隨著PTFE膜厚度的增加先增大然后減小。PTFE緩沖層可以提高ITO表面功函數(shù)，導(dǎo)致器件的開路電壓會(huì)隨著PTFE膜厚度的增加而增大，從0.35V提升到0.55V。當(dāng)PTFE膜厚度為2nm時(shí)，器件的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到2.27%。 3、第五章，我們對(duì)基于聚四氟乙烯緩沖層的有機(jī)小分子光伏器件進(jìn)行研究，制備結(jié)構(gòu)為ITO/PTFE/CuPc/C_(60)/BCP/Al的光伏器件，并選取結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/CuPc/C_(60)/BCP/Al和ITO/CuPc/C_(60)/BCP/Al作為參考器件。發(fā)現(xiàn)用PTFE作為器件的緩沖層要比PEDOT:PSS作緩沖層的器件性能更好。當(dāng)PTFE膜厚為0.3nm時(shí)，器件的短路電流要比未加入PTFE的器件增加75%，而它們的開路電壓相同。當(dāng)PTFE膜厚度增加時(shí)，器件的開路電壓也隨之增大。當(dāng)PTFE(0.5nm)經(jīng)過紫外輻照5min，光伏器件的光電轉(zhuǎn)效率達(dá)到1.58%。 綜上所述，以聚四氟乙烯（PTFE）作為光伏器件的緩沖層，可以有效的提高器件的開路電壓、短路電流和功率轉(zhuǎn)換效率，改善光伏器件的光電性能。所以，聚四氟乙烯材料在光伏電池中將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。 【關(guān)鍵詞】：聚四氟乙烯 短路電流 緩沖層 太陽(yáng)能電池 光電轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(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】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-29
• 1.1 太陽(yáng)能電池發(fā)展歷程11-13
• 1.2 器件主要結(jié)構(gòu)13-15
• 1.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)種類15-19
• 1.4 衡量有機(jī)太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的基本參數(shù)19-20
• 1.5 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池材料20-24
• 1.5.1 給體材料21-22
• 1.5.2 受體材料22-24
• 1.5.3 阻擋層材料24
• 1.6 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的研究現(xiàn)狀24-27
• 1.7 本論文的主要工作27-29
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法29-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器29-30
• 2.1.1 主要試劑29
• 2.1.2 主要器材29-30
• 2.2 器件制備方法30-32
• 2.2.1 基片處理30
• 2.2.2 旋涂工藝30-31
• 2.2.3 高真空蒸鍍工藝31-32
• 2.3 測(cè)試系統(tǒng)32-34
• 2.3.1 太陽(yáng)模擬器32
• 2.3.2 光伏器件參數(shù)特性曲線32-34
• 第三章 對(duì)光伏器件引入新型緩沖層的的研究34-40
• 3.1 引言34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)背景34-35
• 3.3 實(shí)驗(yàn)思路35
• 3.4 實(shí)驗(yàn)過程35-36
• 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析36-39
• 3.5.1 PTFE緩沖層對(duì)短路電流密度Jsc的影響37-38
• 3.5.2 PTFE緩沖層對(duì)開路電壓Voc的影響38-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第四章 對(duì)聚四氟乙烯緩沖層有機(jī)聚合物光伏器件研究40-47
• 4.1 引言40
• 4.2 實(shí)驗(yàn)背景與思路40-41
• 4.3 實(shí)驗(yàn)過程41-42
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析42-46
• 4.4.1 聚四氟乙烯膜厚度對(duì)短路電流密度Jsc的影響43-44
• 4.4.2 聚四氟乙烯膜厚度對(duì)開路電壓Voc的影響44
• 4.4.3 聚四氟乙烯膜厚度對(duì)功率轉(zhuǎn)換效率的影響44-46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 第五章 對(duì)聚四氟乙烯緩沖層有機(jī)小分子光伏器件的研究47-54
• 5.1 引言47
• 5.2 實(shí)驗(yàn)思路47
• 5.3 實(shí)驗(yàn)過程47-48
• 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析48-53
• 5.4.1 PTFE厚度對(duì)短路電流密度Jsc和開路電壓Voc的影響48-50
• 5.4.2 紫外輻照PTFE膜對(duì)器件性能的影響50-53
• 5.5 本章小結(jié)53-54
• 第六章 總結(jié)54-56
• 參考文獻(xiàn)56-63
• 作者簡(jiǎn)介及科研成果63-64
• 致謝64-65

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