高效有機聚合物太陽能電池的制備及性能表征

【摘要】：聚合物太陽能電池(PSCs)與傳統(tǒng)的無機太陽能電池相比具有制備方法簡單(可采用噴涂,刮涂等方法制備)、成本低、重量輕以及可制備大面積柔性器件等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。但是目前聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)以及器件穩(wěn)定性還無法與無機太陽能電池相抗衡,還不能實現(xiàn)商業(yè)化。為了改善聚合物太陽能電池性能,本論文主要從器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、電池界面的優(yōu)化以及新材料的設(shè)計合成三個角度展開工作,具體如下： (1)為了提高聚合物太陽能電池的穩(wěn)定性,以TIPD作電子收集層,制備了ITO/TIPD/PBDTTT-C:PC71BM/MoO3/Al結(jié)構(gòu)的反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池。該器件在AM1.5G,100mW/cm2的光照條件下PCE達到7.36%,相比于該材料正向結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換效率(6.44%)提高了14%。 (2)分別以PEDOT:PSS、二(乙酰丙酮)氧化鉬(MoOAA)、二(乙酰丙酮)氧化饑(VOAA)作為空穴傳輸層制備了ITO/PEDOT:PSS (MoOAA VOAA)/P3HT:PC61BM/Ca/Al結(jié)構(gòu)的太陽能電池。用MoOAA傳空穴傳輸層時,基于P3HT:PC61BM體系的轉(zhuǎn)換效率為432%；基于P3HT:IC60BA體系的轉(zhuǎn)換效率為6.38%。用VOAA作空穴傳輸層時,基于P3HT:PC61BM體系的轉(zhuǎn)換效率為4.24%；基于P3HT:IC60BA體系的轉(zhuǎn)換效率為6.20%。 (3)以P3HT為電子給體,富勒烯衍生物NC60BA為受體材料,制備了ITO/PEDOT:PSS/P3HT:NC60BA/Ca/Al結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池。在溶劑退火條件下,通過優(yōu)化給受體比例、活性層厚度以及活性層的退火溫度來提高器件性能,在AM1.5G,100mW/cm2光照條件下性能達到最優(yōu),Voc為0.82V,JSC為9.88mA/cm2, FF為67%,PCE為5.37%。由于NC60BA是無定形的,基于P3HT:NC60BA體系的太陽能電池具有較好的熱穩(wěn)定性,在150℃下加熱20h后,器件效率仍然保持在4.5%以上 【關(guān)鍵詞】：共軛聚合物 體異質(zhì)結(jié) 反向太陽能電池 空穴傳輸層 富勒烯衍生物
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-29
• 1.1 聚合物太陽能電池簡介10-13
• 1.2 聚合物太陽能電池的工作原理及性能參數(shù)13-18
• 1.2.1 聚合物太陽能電池的工作原理13-16
• 1.2.2 聚合物太陽能電池的性能參數(shù)16-18
• 1.3 有機光伏電池的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢18-26
• 1.3.1 聚合物給體材料研究進展18-23
• 1.3.1.1 主鏈具有D-A結(jié)構(gòu)的聚合物19-21
• 1.3.1.2 支鏈共軛聚合物21-23
• 1.3.2 富勒烯受體材料23-26
• 1.4 本論文選題依據(jù)及研究內(nèi)容26-29
• 第二章 聚合物太陽能電池的制備及性能表征29-35
• 2.1 引言29
• 2.2 材料的物理和電化學(xué)性質(zhì)表征29-31
• 2.2.1 實驗所用儀器與裝置29
• 2.2.2 物理性質(zhì)表征29
• 2.2.3 電化學(xué)性質(zhì)表征29-31
• 2.3 聚合物太陽能電池的制備31-33
• 2.3.1 實驗所用材料及儀器31
• 2.3.2 聚合物太陽能電池的制備流程31-33
• 2.4 聚合物太陽能電池的性能表征33-34
• 2.4.1 主要儀器設(shè)備33-34
• 2.4.2 有機太陽能電池性能測試34
• 2.5 聚合物太陽能電池的形貌表征34-35
• 第三章 反向聚合物太陽能電池的制備及性能表征35-50
• 3.1 引言35-36
• 3.2 實驗部分36-37
• 3.2.1 材料36
• 3.2.2 儀器與測試方法36
• 3.2.3 器件制備與表征36-37
• 3.3 結(jié)果與討論37-49
• 3.3.1 材料的合成與表征37-39
• 3.3.2 反向結(jié)構(gòu)與正向結(jié)構(gòu)的對比39-43
• 3.3.3 反向太陽能電池性能的影響因素43-49
• 3.3.3.1 TIPD厚度對器件性能的影響43-45
• 3.3.3.2 TIPD退火溫度對器件性能的影響45-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 第四章 醇溶性修飾層在聚合物太陽能電池中的應(yīng)用50-61
• 4.1 引言50-51
• 4.2 實驗部分51
• 4.2.1 材料51
• 4.2.2 儀器與測試方法51
• 4.2.3 器件制備與表征51
• 4.3 結(jié)果與討論51-60
• 4.3.1 材料性質(zhì)51-52
• 4.3.2 二(乙酰丙酮)氧化鉬作為空穴傳輸層52-56
• 4.3.2.1 基于P3HT：PCBM體系的光伏性能53-55
• 4.3.2.2 基于P3HT：IC_(60)BA體系的光伏性能55-56
• 4.3.3 二(乙酰丙酮)氧化釩作為空穴傳輸層56-60
• 4.3.3.1 基于P3HT：PCBM體系的光伏性能56-58
• 4.3.3.2 基于P3HT：IC_(60)BA體系的光伏性能58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第五章 基于P3HT與二荼基C_(60)衍生物的聚合物光伏器件的優(yōu)化61-72
• 5.1 引言61-63
• 5.2 實驗部分63
• 5.2.1 材料63
• 5.2.2 儀器與測試方法63
• 5.2.3 器件制備與表征63
• 5.3 結(jié)果與討論63-71
• 5.3.1 材料的合成與表征63-67
• 5.3.1.1 NC_(60)BA的合成63-65
• 5.3.1.2 NC_(60)BA的紫外-可見吸收光譜65
• 5.3.1.3 電化學(xué)性質(zhì)測試65-66
• 5.3.1.4 材料的熱性能測試66-67
• 5.3.2 材料的光伏性能67-71
• 5.3.2.1 給受體比例對器件性能的影響67-68
• 5.3.2.2 熱退火溫度對器件性能的影響68-69
• 5.3.2.3 太陽能電池的熱穩(wěn)定性69-70
• 5.3.2.4 NC_(60)BA與PC_(61)BM光伏性能比較70-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 第六章 結(jié)論與展望72-74
• 致謝74-75
• 參考文獻75-86
• 攻讀碩士期間科研成果86-87

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