聚合物太陽能電池光電性能參數(shù)優(yōu)化研究

【摘要】：聚合物太陽能電池具有易于面積集成、可制作在柔性基底上、器件制作工藝簡單、成本低廉、還可以調(diào)整電子帶隙、生產(chǎn)過程無污染等優(yōu)勢,成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)之一。Science最新報(bào)道,實(shí)驗(yàn)室的世界最高效率已經(jīng)達(dá)到9.2%,相比實(shí)驗(yàn)研究取得的巨大成就,人們對(duì)利用有機(jī)太陽能電池工作的物理機(jī)理來編制仿真軟件,仿真出最佳理論值這方面明顯不足,這制約了有機(jī)太陽能電池性能的提高。本論文針對(duì)聚合物太陽能電池的機(jī)理編制出一套仿真軟件系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究,旨在提高器件光電轉(zhuǎn)換效率?；诖?本論文做了如下工作: 第一,以聚合物太陽能電池為模型,進(jìn)行理論分析、模擬研究。對(duì)聚合物太陽能電池光電轉(zhuǎn)換過程:光吸收產(chǎn)生激子、激子分離形成載流子、載流子傳輸和收集,進(jìn)行軟件模擬分析。利用VC++軟件編制出一套仿真軟件系統(tǒng),同時(shí)采用了太陽能電池的等效電路,模擬聚合物太陽能電池的輸出特性。 本論文對(duì)激子的產(chǎn)生、載流子的傳輸、理論模型的建立、仿真的方法和仿真軟件界面,都做了詳細(xì)的闡述。同時(shí),對(duì)仿真值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果做了對(duì)比,實(shí)驗(yàn)值:開路電壓(Voc) 0.66V,短路電流(Jsc) 5.72mA/cm2,填充因子(FF) 0.36以及光電轉(zhuǎn)換效率(ηp) 1.86%;仿真值:開路電壓(Voc) 0.75V,短路電流(Jsc) 9.82mA/cm2,填充因子(FF) 0.45以及光電轉(zhuǎn)換效率(ηp) 3.26%。由于軟件系統(tǒng)中參數(shù)設(shè)置理想化等因素是產(chǎn)生的差別的原因。由于有機(jī)材料的價(jià)格比較昂貴,我開發(fā)的有機(jī)太陽能電池仿真軟件系統(tǒng)能夠起到節(jié)約成本,指導(dǎo)太陽能電池研究工作起到積極作用,同時(shí)能在太陽電池新品種、新工藝研究中發(fā)揮作用。 第二,基于仿真軟件系統(tǒng)生成的仿真值,分別對(duì)提高激子的產(chǎn)生率、傳輸率和離解率,降低激子的復(fù)合率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,并取得了良好的效果,提高了器件效率。(1)給體/受體材料混合比例為1:4時(shí)效率最高,光電轉(zhuǎn)換效率(ηp) 1.87%,合適的比例會(huì)直接影響成膜的表面形貌,改變給體相和受體相的分離狀況,從而影響電池的開路電壓和短路電流;(2)氯苯和氯仿的共溶劑時(shí)效率最高,光電轉(zhuǎn)換效率(ηp) 1.98%,得到不同的薄膜表面微相結(jié)構(gòu)狀態(tài);(3)熱處理溫度為110℃效率最高,光電轉(zhuǎn)換效率(ηp) 1.77%,可以形成良好導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),有利于電荷的傳輸,增大器件的短路電流,提高填充因子;(4)用Bphen做緩沖層厚度是10 nm時(shí)效率最高,光電轉(zhuǎn)換效率(ηp) 1.68%,減少電子/空穴復(fù)合率,可提高器件的開路電壓和短路電流。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 體異質(zhì)結(jié) 仿真軟件 光電效率
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究的背景及意義11-12
• 1.2 太陽能12-14
• 1.2.1 太陽能的實(shí)質(zhì)12-13
• 1.2.2 太陽輻射13
• 1.2.3 太陽輻射光譜13-14
• 1.3 太陽能電池的發(fā)展歷程14-15
• 1.4 太陽能電池的分類15-18
• 1.4.1 按電池的結(jié)構(gòu)分類15-16
• 1.4.2 按基體材料分類16-17
• 1.4.3 按用途分類17
• 1.4.4 按光電轉(zhuǎn)換機(jī)理分17-18
• 1.5 有機(jī)太陽能電池的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-19
• 1.6 本論文的主要工作19-21
• 第二章 有機(jī)太陽能電池的機(jī)理研究21-31
• 2.1 光生伏特效應(yīng)21
• 2.2 有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)類型21-24
• 2.2.1 單層結(jié)構(gòu)21-22
• 2.2.2 雙層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)22-23
• 2.2.3 體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)23
• 2.2.4 多層結(jié)構(gòu)23-24
• 2.3 有機(jī)太陽能電池的工作原理24-25
• 2.4 有機(jī)太陽能電池的表征25-31
• 2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)測試條件25-26
• 2.4.2 太陽電池等效電路26-27
• 2.4.3 太陽電池的主要技術(shù)參數(shù)27-31
• 第三章 體異質(zhì)結(jié)太陽能電池特性仿真31-51
• 3.1 激子的產(chǎn)生與載流子的傳輸31-33
• 3.1.1 激子的產(chǎn)生31-32
• 3.1.2 載流子的傳輸32-33
• 3.2 理論與模型33-36
• 3.3 仿真的方法36-39
• 3.3.1 迭代法36-37
• 3.3.2 離散化37-39
• 3.4 仿真界面介紹39-46
• 3.4.1 國外的著名仿真軟件39-41
• 3.4.2 本軟件仿真界面的介紹41-46
• 3.5 仿真值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較46-51
• 第四章 提高器件效率的研究51-73
• 4.1 實(shí)驗(yàn)室所用儀器51-55
• 4.1.1 清洗儀器51-52
• 4.1.2 配置材料儀器52-53
• 4.1.3 成膜儀器53-54
• 4.1.4 測試儀器54-55
• 4.2 制備過程55-58
• 4.2.1 清洗玻璃基片56
• 4.2.2 鍍膜56-57
• 4.2.3 測試57-58
• 4.3 不同混合比例對(duì)器件性能影響研究58-62
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)材料58-59
• 4.3.2 器件制備與測試59-60
• 4.3.3 結(jié)果與討論60-61
• 4.3.4 結(jié)論61-62
• 4.4 不同溶劑對(duì)器件性能影響研究62-65
• 4.4.1 聚合物溶解能力與溶劑溶度參數(shù)62
• 4.4.2 器件制備與測試62-63
• 4.4.3 結(jié)果與討論63-65
• 4.4.4 結(jié)論65
• 4.5 熱處理對(duì)器件性能影響研究65-68
• 4.5.1 熱處理對(duì)聚合物材料影響65-66
• 4.5.2 器件制備與測試66
• 4.5.3 結(jié)果與討論66-68
• 4.5.4 結(jié)論68
• 4.6 緩沖層對(duì)器件性能影響研究68-72
• 4.6.1 實(shí)驗(yàn)材料69
• 4.6.2 器件制備與測試69-70
• 4.6.3 結(jié)果與討論70-72
• 4.6.4 結(jié)論72
• 4.7 小結(jié)72-73
• 第五章 總結(jié)與展望73-75
• 5.1 本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)73-74
• 5.2 目前尚存在的問題74
• 5.3 展望74-75
• 致謝75-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 作者攻碩期間取得的成果81-82

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

Renewable Energies, Present & Future    X. S. Cai

Alq_3作為激子阻擋層對(duì)有機(jī)太陽能電池的影響    鐘建;劉峰;高卓;黃秋炎;于軍勝;蔣亞東;

Bphen作為緩沖層對(duì)有機(jī)太陽能電池的光電性能影響    黃秋炎;鐘建;劉峰;高卓;于軍勝;蔣亞東;

Polaron-pair-dependent equivalent circuit parameters of organic solar cells based on CuPc and C_(60)    

有機(jī)光伏電池物理性能的模擬    封偉;高中擴(kuò);

聚合物太陽能電池機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究    李衛(wèi)民

有機(jī)太陽能電池的數(shù)值研究    邢宏偉

有機(jī)聚合物光伏電池的制備及器件物理性能的模擬    高中擴(kuò)

有機(jī)半導(dǎo)體材料電學(xué)性質(zhì)及載流子濃度的計(jì)算和分析    常釗

三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真    陶曉峰;謝君;

變電站光伏直流系統(tǒng)的研究與應(yīng)用    林航;陳曉明;

LabVIEW在染料敏化太陽電池測試系統(tǒng)中的應(yīng)用    張玉香;陳雙宏;翁堅(jiān);戴松元;

太陽電池及其發(fā)展方向    呂建;殷洪亮;

100kW風(fēng)光互補(bǔ)電站設(shè)計(jì)    楊幫宇;

雙面太陽電池垂直安裝發(fā)電性能的測試    王寧;吳昌宏;舒杰;

大型集中并網(wǎng)光伏電站硬件設(shè)計(jì)要求及安全保護(hù)    王志剛;龍維緒;崔海昱;鄧菊蓮;劉祖明;廖華;涂潔磊;

太陽能高效路燈系統(tǒng)工作原理與設(shè)計(jì)    張鵬;

太陽能光伏支架系統(tǒng)的應(yīng)用    李天下;

光伏控制器新型充電管理模式研究    普平貴;

一種基于dp/dv=0的最大功率跟蹤控制策略    榮延澤;劉士榮;毛軍科;李松峰;

光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制方法的研究    李星辰;王琳;

基于PSIM9.0的單相光伏逆變系統(tǒng)的仿真研究    孫冰;白樹忠;鄭世松;

光伏并網(wǎng)給定電流幅值偏移的孤島檢測方法    鄭世松;孫冰;王玉斌;

含蓄電池儲(chǔ)能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真    董旭柱;雷金勇;饒宏;黃曉東;劉怡;李鵬;

基于線電流解耦算法的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)    譚甲凡;

低成本太陽能級(jí)硅材料制備技術(shù)    張軍;毛協(xié)民;傅恒志;

銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池的研究進(jìn)展    岳恩;唐龍;羅順安;張平;

并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤技術(shù)研究    傅家祥;

太陽能光伏技術(shù)與建筑應(yīng)用    李蔚;

分布式電源的概率建模及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響    王敏

考慮分布式發(fā)電的配電網(wǎng)綜合負(fù)荷建模方法研究    錢軍

我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)投資風(fēng)險(xiǎn)及決策研究    朱震宇

光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及電動(dòng)汽車充電站可靠性研究    于蓉蓉

太陽能電動(dòng)車關(guān)鍵技術(shù)研究    李春芳

基于酞菁銅的太陽能電池的研究    劉一婷

太陽能級(jí)硅（SOG-Si）光伏電池中多孔硅吸雜工藝及其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法研究    張彩珍

熱絲化學(xué)氣相沉積制備硅氫薄膜及其性質(zhì)的研究    郭小松

蓄冷降溫式太陽電池組件材料和熱特性的理論與實(shí)驗(yàn)研究    秦紅

太陽能熱光伏系統(tǒng)機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究    陳雪

基于軟開關(guān)PWM技術(shù)的光伏逆變器的研究與設(shè)計(jì)    曹建

用于礦燈充電的獨(dú)立光伏系統(tǒng)研究    毛娟

太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器研究    李本元

太陽能LED照明系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)    杜守增

氧化物半導(dǎo)體的濕化學(xué)法制備    賈紅

太陽能電池用α-SiC_x:H薄膜的制備與性能研究    張瑞麗

光伏發(fā)電系統(tǒng)自適應(yīng)控制研究    李亭

基于橋檢車的駐車充電站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)    楊光

用于城市公交車的能量再利用智能控制系統(tǒng)的研制    謝玉錄

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的MPPT及孤島檢測新方法的研究    于希洋

有機(jī)電致發(fā)光中能量傳遞的研究    吳哲夫,章獻(xiàn)民,孫潤光,李文連,陳抗生

太陽能電池研究和發(fā)展現(xiàn)狀    毛愛華

有機(jī)太陽能電池研究進(jìn)展    徐明生,季振國,闕端麟,汪茫,陳紅征

化學(xué)沉積法及其制備的肖特基勢壘的開關(guān)特性    石瑞英，杜驚雷

新型高效率發(fā)電技術(shù)─燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀和開發(fā)動(dòng)向    阿布里提.阿布都拉,小宮山宏

繼續(xù)努力發(fā)展電工電能新技術(shù)——電工所工作回顧與展望    嚴(yán)陸光

西藏雙湖25kW光伏電站交流配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施    孫廣生

我國風(fēng)力與太陽能發(fā)電的發(fā)展與展望    嚴(yán)陸光

太陽能發(fā)電綜合應(yīng)用系統(tǒng)    趙爭鳴;劉建政;孟碩;孫曉瑛;吳理博;王鍵;

有機(jī)太陽能電池材料的研究進(jìn)展    段曉菲,王金亮,毛景,裴堅(jiān)

有機(jī)給體—受體型異質(zhì)結(jié)薄膜太陽電池的研究    任駒

世界上最大的太陽能電池廠動(dòng)工興建    章樹榮

太陽能電池在汽車上的應(yīng)用分析    趙云峰;萬杰;朱自萍;陳俊;樂志國;馬芳武;丁勇;趙福全;

常用光源對(duì)太陽能電池性能影響    郭書霞

化學(xué)太陽能電池    黃昀昉,吳季懷

Al_(0.85)Ga_(0.15)As/GaAs太陽能電池器件工藝優(yōu)化研究    陳曉杰,李愛珍,王嘉寬,胡雨生,汪樂

太陽能電池檢測系統(tǒng)基本原理    崔容強(qiáng);王晨;

太陽能電池工作原理與種類    李崇華;

新穎奇特的電池    周文斌

納米太陽能電池研究進(jìn)展    孫寶,郝彥忠,李偉,王祿

太陽能電池概述    王秀波;

有機(jī)染料錨數(shù)對(duì)染料敏化太陽能電池性能的影響    尚會(huì)霞;羅艷紅;孟慶波;占肖衛(wèi);

太陽能電池表面納米微結(jié)構(gòu)研究    李美成;

量子點(diǎn)敏化太陽能電池--新材料的設(shè)計(jì)、制備及器件研究    李冬梅;羅艷紅;孟慶波;

太陽能電池輸出特性的分析及檢測    張海波;

量子點(diǎn)敏化太陽能電池研究進(jìn)展    劉銘;楊君友;馮雙龍;朱虎;

高效染料鈉晶TiO_2太陽能電池    黃昀昉;吳季懷;林建明;黃妙良;

太陽能電池應(yīng)用    孟昭淵;

富銦與富銅CuInSe_2薄膜的光電性能    王信春;

鋅卟啉敏化太陽能電池性能:從頭算非絕熱動(dòng)力學(xué)研究    王晶輝;何榮幸;齊丹;

談太陽能路燈原理    胡昊偉;黃敏;

邱第明:中國最早太陽能企業(yè)的跌宕起伏    本報(bào)記者王穎春 采寫

青海首條太陽能電池生產(chǎn)線投產(chǎn)    梁麗英

太陽能電池“穿”彩衣秀時(shí)尚    李杜 歐利平 歐凜瑩

河北晶龍?zhí)柲茈姵厝诠こ痰旎?nbsp;   段同剛　王麗英

太陽能電池：讓你用得起    李禾

中小太陽能漿料企業(yè)艱難突圍    實(shí)習(xí)記者 徐生權(quán)　孫文昀 本報(bào)記者 王峻峰

提高太陽能電池效率有新法    記者 毛黎

太陽能電池業(yè)投資趨熱    本報(bào)記者 諸玲珍

太陽能業(yè)者競相追料 明年料源仍將主宰戰(zhàn)局    黃女瑛 DigiTimes

太陽能廠跨洋吸金 幾家歡樂幾家愁    黃女瑛 DigiTimes

知識(shí)流動(dòng)理論框架下的科學(xué)前沿與技術(shù)前沿研究    龐杰

基于酞菁銅的太陽能電池的研究    劉一婷

反型聚合物太陽能電池的研究    李福民

量子點(diǎn)敏化太陽能電池：制備及光電轉(zhuǎn)換性能的改進(jìn)    宋鑫

分光譜太陽能光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究    趙源

聚合物太陽能電池中光吸收增強(qiáng)效應(yīng)的研究    李國龍

聚光多結(jié)太陽能電池的設(shè)計(jì)、制備及可靠性研究    宋明輝

反型體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池的研究    陶晨

有機(jī)/聚合物太陽能電池：活性層結(jié)構(gòu)、形貌及光伏性能    薛麗麗

卟啉酞菁類化合物的設(shè)計(jì)合成及其在太陽能電池中的應(yīng)用    張?zhí)旎?/span>

三芳基咪唑的富勒烯衍生物的合成及其在CdSe量子點(diǎn)太陽能電池的應(yīng)用    趙愛婷

CuO薄膜的制備及其光伏特性研究    張春萍

利用不同陰極緩沖層改善有機(jī)小分子Pentacene/C_（60）太陽能電池的性能    劉瑞

敏化太陽能電池中染料的合成研究    徐丹

SCNTs和PPDIF應(yīng)用于聚合物太陽能電池中的研究    白靜璐

太陽能電池CuInS_2薄膜和ZnS薄膜的制備與性能研究    張興良

基于太陽能的嵌入式路燈控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用    劉春

用電化學(xué)阻抗譜研究染料敏化太陽能電池的電子傳輸與復(fù)合特性    和川

新型光敏劑的合成及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用    高俊雄

含噻吩和噻唑基元的共軛聚合物的合成和光伏性能研究    國霞