聚合物太陽能電池的透明電極、傳輸層材料研究

【摘要】：聚合物太陽能電池具有制造簡單、成本低、有柔韌性、易于大規(guī)模生產等優(yōu)點，在光伏電池領域有著廣闊的應用前景，因而成為了近些年有機光電器件研究的前沿熱點之一。本文對聚合物太陽能電池的發(fā)展歷史、現狀和它的相關理論作了簡要介紹。目前，有機聚合物太陽能電池研究的熱點主要集中于材料的選擇和器件結構的優(yōu)化等方面。本文從優(yōu)化器件結構出發(fā)，研究了一種TCO薄膜，為有機太陽能電池的透明電極材料的選擇作出了嘗試，并研究了傳輸層材料對基于P3HT:PCBM的聚合物太陽能電池的性能的影響。 作為常用的聚合物太陽能電池的透明電極，ITO的價格較為昂貴，人們研究采用新的透明導電薄膜來作為器件的透明電極。我們用磁控濺射技術在室溫下制備了透明導電的SnO_2/Cu/SnO_2多層膜，并利用霍爾效應、四探針、透射譜等表征手段對制備出的樣品進行表征。通過實驗，得到當中間Cu層厚度為6nm時，薄膜性能最好，其在400-800nm的平均透過率為82.0%，方塊電阻為20.1/sq.，表現出良好的可見光透過性和導電性。 垂直于襯底排列的ZnO納米線由于其結構特點可為給體-受體材料提供更高的界面面積和更為有效的電子傳輸路徑被廣泛應用于太陽能電池中。我們以溶膠凝膠法制備了ZnO種子層，用水熱法在其上生長了ZnO納米線陣列，并用X射線衍射、掃描電鏡、透射譜對其進行表征。結果表明，我們用此簡單的方法在玻璃襯底上制備出了取向良好，排列緊密的ZnO納米線陣列。我們用磁控濺射技術沉積了ZnO薄膜用作結構為ITO/ZnO/P3HT:PCBM/Ag器件的電子傳輸層，并對它的光伏性能進行了測試，得到其性能表現為開路電壓（Voc）為0.443V，短路電流密度（Jsc）為6.34mA/cm2，填充因子（FF）為21.9%，轉化效率為0.614%。 我們采用磁控濺射技術沉積了三氧化鉬（MoO_3）薄膜作為聚合物太陽能電池的空穴傳輸層，以替代PEDOT:PSS，制備了ITO/MoO_3/P3HT:PCBM/Al器件，并同時制備了PEDOT:PSS器件作為對比。并利用X射線衍射、透射譜等表征手段對濺射沉積的MoO_3薄膜進行表征。我們研究了MoO_3薄膜的沉積溫度從室溫變化到400℃時對器件性能的影響，在400℃時得到器件的最佳性能，開路電壓Voc=0.587V，短路電流Jsc=8.42mA/cm2，填充因子FF為51.1%，轉換效率為2.53%，其性能優(yōu)于相同條件制備的PEDOT:PSS器件的轉換效率2.16%。我們同時作了器件的穩(wěn)定性測試。實驗得出，在器件無封裝保存在空氣中120小時時，PEDOT:PSS器件的轉換效率僅有0.065%，而優(yōu)化后的MoO_3器件的轉化效率的值仍然接近1%，所以使用濺射MoO_3替代PEDOT:PSS后，器件的穩(wěn)定性也會有很大的提升。 【關鍵詞】：聚合物太陽能電池 透明導電薄膜 傳輸層 ZnO MoO_3
【學位授予單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 聚合物太陽能電池的發(fā)展歷程11-12
• 1.3 聚合物太陽能電池的基本工作原理及主要參數12-14
• 1.3.1 聚合物太陽能電池的基本工作原理12-13
• 1.3.2 聚合物太陽能電池性能的基本參數13-14
• 1.4 聚合物太陽能電池的結構14-16
• 1.4.1 單層結構14-15
• 1.4.2 雙層結構15
• 1.4.3 混合異質結結構15-16
• 1.4.4 疊層電池結構16
• 1.5 聚合物太陽能電池的材料16-19
• 1.5.1 電極材料16-17
• 1.5.2 空穴和電子傳輸層材料17
• 1.5.3 活性層材料17-19
• 1.6 本文的主要工作和意義19-21
• 參考文獻21-24
• 第2章 濺射制備透明導電 SnO_2/Cu/SnO_2多層膜的特性研究24-34
• 2.1 引言24-25
• 2.2 實驗部分25-26
• 2.3 結果和討論26-30
• 2.3.1 SnO_2/Cu/SnO_2多層膜的電學性質26-27
• 2.3.2 SnO_2/Cu/SnO_2多層膜的光學性質27-29
• 2.3.3 SnO_2/Cu/SnO_2多層膜的光電學特性優(yōu)值29-30
• 2.4 本章小結30-31
• 參考文獻31-34
• 第3章 ZnO 納米線陣列的制備和 ZnO 薄膜在聚合物太陽能電池的應用34-48
• 3.1 引言34-36
• 3.2 ZnO 納米線陣列的制備和表征36-39
• 3.2.1 ZnO 種子層的制備36-37
• 3.2.2 ZnO 納米線的生長37
• 3.2.3 測試儀器37
• 3.2.4 結果與討論37-39
• 3.3 濺射 ZnO 薄膜作為雜化太陽能電池的電子傳輸層39-44
• 3.3.1 實驗部分40-41
• 3.3.2 測試儀器41
• 3.3.3 結果與討論41-44
• 3.4 本章小結44-45
• 參考文獻45-48
• 第4章 濺射 MoO_3薄膜作為聚合物太陽能電池的空穴傳輸層的研究48-60
• 4.1 引言48-49
• 4.2 實驗部分49-50
• 4.3 測量設備50
• 4.4 結果與討論50-57
• 4.4.1 器件的能帶結構50-52
• 4.4.2 MoO_3空穴傳輸層的光學透射譜和 XRD 譜分析52-53
• 4.4.3 空穴傳輸層/活性層的吸收譜分析53-54
• 4.4.4 器件的 I-V 特性分析54-55
• 4.4.5 器件的穩(wěn)定性研究55-56
• 4.4.6 濺射 MoO_3薄膜后退火對器件性能的影響56-57
• 4.5 本章小結57-58
• 參考文獻58-60
• 第5章 工作總結60-62
• 致謝62-64
• 攻讀碩士期間完成的論文64-65

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