聚合物太陽能電池的界面研究

【摘要】：目前，基于聚合物的有機(jī)太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率已超過10%。除了給體材料對(duì)光的選擇吸收之外，很多能量由于給體和受體與電極之間的能級(jí)勢壘而損耗。于是，建立在電極與給-受體材料界面之間的歐姆接觸將有利于提高空穴與電子的收集，從而提高器件的能量轉(zhuǎn)化效率。因此，對(duì)于異質(zhì)結(jié)和電極之間的界面調(diào)控有助于載流子的傳輸和分離，從而對(duì)提高有機(jī)太陽能電池的性能有著至關(guān)重要的作用。 本論文運(yùn)用真空鍍膜技術(shù)和旋涂制膜技術(shù)制備基于poly(3-hexylthiophene):(6,6)-phenyl-C60-butyric acid methyl ester (P3HT:PCBM)的聚合物太陽能電池。利用三氯甲烷對(duì)有機(jī)太陽能電池器件的陽極進(jìn)行修飾，利用有機(jī)小分子材料8-羥基喹啉鋁(Alq_3）和n-型摻雜的4,7-二苯基-1,10鄰二氮雜菲(Bphen）對(duì)器件的陰極進(jìn)行修飾，研究了器件的電流-電壓特性(I-V)，外量子轉(zhuǎn)化效率(EQE)及其它性能的改變，具體內(nèi)容如下： 1.通過用氯仿溶液對(duì)銦錫氧化物(ITO)陽極改性來增加P3HT：PC_(61)BM體相異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池的性能。與傳統(tǒng)的紫外臭氧處理的方法相比，用氯仿修飾優(yōu)化過的ITO器件，光電流明顯增強(qiáng)，但是開路電壓幾乎不變，因而器件的能量轉(zhuǎn)換效率顯著增強(qiáng)。研究表明，ITO表面的銦錫氧化物可以與氯仿中的氯元素結(jié)合從而提高ITO基底的功函數(shù)，降低界面勢壘，從而促進(jìn)了電荷收集的效率，提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。 2.利用小分子材料Alq_3作為電子傳輸層制備了反置聚合物太陽能電池。器件經(jīng)過模擬太陽光的光照處理后，其開路電壓（Voc）從0.52V增加到0.60V，并且在幾乎不影響短路電流的情況下，轉(zhuǎn)化效率從2.54%提高至3.33%。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，器件性能的提高主要是由于Alq_3層在可見光的誘導(dǎo)下發(fā)生分子內(nèi)偶極的重新排布，以此改變了其表面勢能，這樣就減小電荷從活性層向陰極轉(zhuǎn)移的能量勢壘并增加電荷的收集效率。 3.利用n型摻雜的寬禁帶有機(jī)小分子作為電子傳輸層制備高效聚合物太陽能電池。n型摻雜的有機(jī)電子傳輸層是通過真空熱沉積的方法在BPhen中摻入不同比例的碳酸銫（Cs_2CO_3）所構(gòu)成。在這個(gè)體系中，聚合物太陽能電池的性能參數(shù)主要取決于電子傳輸層中BPhen的摻雜濃度和薄膜層的厚度。通過優(yōu)化Cs_2CO_3與BPhen的比例，可以使反置聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到4.12%，而基于BPhen電荷傳輸層的器件的效率只有1.34%。反置電池效率的提高一方面源于摻雜了Cs_2CO_3的BPhen與電子受體之間的能級(jí)匹配，另一方面也與摻雜之后有機(jī)電子傳輸層的電導(dǎo)率提升有關(guān)。該工作提供了一種簡單易行且能夠在低溫下制備規(guī)整的電荷收集層薄膜的方法，該方法可以提高薄膜的導(dǎo)電率，減小電子受體與陰極之間的收集勢壘，從而提高了聚合物太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。 【關(guān)鍵詞】：聚合物 太陽能電池 界面修飾 有機(jī)小分子電子傳輸材料 Alq3 Bphen 氯仿 氯化ITO
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(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4-6
• Abstract6-10
• 1 引言10-21
• 1.1 太陽能的介紹與利用10-13
• 1.2 太陽能電池的分類13-14
• 1.3 聚合物太陽能電池的研究進(jìn)展14-15
• 1.4 聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)15-16
• 1.5 聚合物太陽能電池的基本工作原理16-17
• 1.6 聚合物太陽能電池的主要性能參數(shù)17-18
• 1.6.1 開路電壓（Voc）17-18
• 1.6.2 短路電流（Isc）18
• 1.6.3 填充因子（FF）18
• 1.6.4 轉(zhuǎn)換效率（PCE）18
• 1.6.5 外量子效率(EQE)18
• 1.7 本論文的主要工作及結(jié)構(gòu)18-19
• 1.8 參考文獻(xiàn)19-21
• 2 有機(jī)太陽能電池的制備及表征21-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡介21-22
• 2.1.1 高真空氣相沉積儀21
• 2.1.2 太陽能電池測試系統(tǒng)21-22
• 2.1.3 材料表征系統(tǒng)22
• 2.1.4 界面電子結(jié)構(gòu)表征系統(tǒng)22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料22-23
• 2.3 聚合物太陽能器件的制備23-24
• 2.3.1 ITO 玻璃基片的清潔24
• 2.3.2 有機(jī)功能層的制備24
• 2.4 參考文獻(xiàn)24-26
• 3 基于氯化銦錫氧化物導(dǎo)電膜的聚合物太陽能電池26-35
• 3.1 引言26-27
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分27
• 3.2.1 ITO 玻璃的清潔與表面氯化27
• 3.2.2 太陽能電池的制備27
• 3.2.3 太陽能電池的表征27
• 3.3 結(jié)果與討論27-33
• 3.4 本章小結(jié)33
• 3.5 參考文獻(xiàn)33-35
• 4 基于有機(jī)小分子 Alq3 的聚合物太陽能電池35-43
• 4.1 引言35
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分35-37
• 4.2.1 ITO 基底的清潔35-36
• 4.2.2 太陽能電池的制備36
• 4.2.3 太陽能電池的表征36-37
• 4.3 結(jié)果與討論37-41
• 4.4 本章小結(jié)41
• 4.5 參考文獻(xiàn)41-43
• 5 基于 n 型摻雜有機(jī)電子傳輸層的高效反置聚合物太陽能電池43-59
• 5.1 引言43-44
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法44-45
• 5.2.1 ITO 基底的清潔44
• 5.2.2 n-型摻雜的有機(jī)小分子電荷傳輸層的制備44
• 5.2.3 反置聚合物太陽能電池的制備44-45
• 5.2.4 反置太陽能電池及薄膜的表征45
• 5.3 結(jié)果和討論45-55
• 5.4 結(jié)論55-56
• 5.5 參考文獻(xiàn)56-59
• 6 總結(jié)和展望59-61
• 攻讀學(xué)位期間本人出版或公開發(fā)表的論著、論文61-63
• 致謝63-64

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