有機(jī)光伏電池的界面修飾及穩(wěn)定性研究

【摘要】：作為解決世界能源危機(jī)的一個(gè)可行的方法，太陽能的利用成為一個(gè)廣泛研究的前沿性課題。有機(jī)光伏電池以其成本低、無毒、容易制備、易于實(shí)現(xiàn)柔性器件等特點(diǎn)而成為近年來的研究熱點(diǎn)。如何提高光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性是有機(jī)光伏電池的發(fā)展方向。要提高有機(jī)光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性，除了材料因素以外，器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的。已有研究表明陰極修飾層材料是提高光電轉(zhuǎn)換效率、延長電池使用壽命的可行性途徑之一。研究開發(fā)新的陰極界面緩沖層材料，進(jìn)而提高器件的性能及穩(wěn)定性是一個(gè)值得深入研究的課題。針對(duì)上述問題，本文開展了如下研究工作： 1.研究了真空熱蒸鍍法制備基于乙酸銫（CH3COOCs）為陰極修飾層的有機(jī)光伏器件?？疾炝薈H3COOCs的厚度對(duì)器件性能和穩(wěn)定性的影響。利用開爾文探針（Kelvin Probe）測(cè)定了CH3COOCs的功函數(shù)（WF）。結(jié)果表明：在厚度為0.8nm時(shí)器件具有最好的性能。短路電流(Isc)為（10.20+0.24）mA/cm2；填充因子（FF）為(63.6+0.01)%；開路電壓(Voc)為(0.64+0.01)V；能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)為(4.16+0.02)%。與沒有修飾層的器件相比，其穩(wěn)定性提高了一倍。穩(wěn)定性得以提高的主要原因是CH3COOCs在真空蒸鍍的過程中分解釋放出低功函的Cs，減小了活性層和Al陰極之間的界面電阻，形成歐姆接觸，為電子傳輸提供順暢的通道。 2.研究了溶液旋涂CH3COOCs乙醇溶液法制備陰極修飾層的有機(jī)光伏器件，考察了不同轉(zhuǎn)速旋涂的CH3COOCs乙醇溶液對(duì)器件性能的影響。結(jié)果表明：轉(zhuǎn)速為3000rpm10s旋涂條件下制備的器件性能最佳，Voc=（0.66+0.01）V,Jsc=（9.82+0.34）mA/cm2，F(xiàn)F=（62.8+0.02）%，PCE=（4.02+0.18）%。旋涂法制備的器件Voc有所提高，但是其他參數(shù)略微降低。溶液旋涂法制備陰極修飾層能夠降低活性層和陰極之間的界面勢(shì)壘，形成歐姆接觸，這是電壓提高的原因。但是乙酸銫易水解，在旋涂的過程中很難避免，這也許是Jsc和FF有所降低的原因。但是從成本和工藝等綜合條件考慮，溶液旋涂法制備有機(jī)光伏電池的陰極修飾層可以在一定程度上降低有機(jī)聚合物光伏電池的生產(chǎn)成本。 3.研究了基于P3HT為給體、茚與C60雙加成物（ICBA）為受體的有機(jī)光伏器件?？疾炝私o、受體比例對(duì)器件性能的影響。同時(shí)還考察了加入過氧化二叔丁烷交聯(lián)劑（DTBP）和加入不同比例的PCBM作為第二受體來改善器件的穩(wěn)定性。結(jié)果表明：給受體比例為1:0.8時(shí)器件性能得到最大優(yōu)化。Jsc=(10.86+0.01)mA/cm2，F(xiàn)F=(61.1+0.26)%，Voc=(0.83+0.02)V, PCE=(5.51+0.10)%。大大高于以P3HT:PCBM (1:0.8)為活性層的器件性能（Jsc＝9.02mA/cm2，PCE=3.22%，Voc＝0.66V，F(xiàn)F＝54.1%）。性能的提高主要是因?yàn)镮CBA的能級(jí)比PCBM高0.17eV,有利于電子的傳輸和收集。兩種改善穩(wěn)定性的方法均使器件的穩(wěn)定性得到提高。加入不同比例的PCBM作為第二受體的方法更有效。 【關(guān)鍵詞】：聚合物光伏電池 乙酸銫 茚與C60雙加成物 穩(wěn)定性 添加劑
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(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5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 研究的意義與背景10-11
• 1.2 有機(jī)聚合物光伏電池的結(jié)構(gòu)器件11-18
• 1.2.1 器件結(jié)構(gòu)11-15
• 1.2.2 有機(jī)光伏電池的光電特征15-18
• 1.3 聚合物光伏電池的能量轉(zhuǎn)化效率及其穩(wěn)定性18-23
• 1.3.1 影響聚合物電池轉(zhuǎn)化效率的主要因素18-21
• 1.3.2 影響聚合物電池穩(wěn)定性的主要因素21-23
• 1.4 本論文的工作的主要研究?jī)?nèi)容23-24
• 第二章 真空蒸鍍乙酸銫作為陰極修飾層的有機(jī)光伏電池24-34
• 2.1 前言24-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分26-27
• 2.2.1 材料及藥品26
• 2.2.2 儀器及設(shè)備26
• 2.2.3 器件制備工藝26-27
• 2.2.4 器件性能測(cè)試27
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論27-33
• 2.3.1 光伏器件的光電特性曲線27-29
• 2.3.2 器件串、并聯(lián)電阻的計(jì)算及分析29-30
• 2.3.3 乙酸銫作為陰極修飾層對(duì)器件性能的影響30-32
• 2.3.4 乙酸銫作為陰極修飾層對(duì)器件穩(wěn)定性的影響32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 溶液旋涂乙酸銫作為陰極修飾層的有機(jī)光伏電池34-39
• 3.1 前言34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分34-36
• 3.2.1 材料及藥品34-35
• 3.2.2 儀器及設(shè)備35
• 3.2.3 器件制備工藝35
• 3.2.4 器件性能測(cè)試35-36
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論36-38
• 3.3.1 光伏器件的光電特性曲線36-37
• 3.3.2 不同轉(zhuǎn)速旋涂緩沖層溶液對(duì)器件性能的影響37-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 基于ICBA為受體的有機(jī)光伏器件性能及穩(wěn)定性的研究39-50
• 4.1 前言39-40
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分40-42
• 4.2.1 材料及藥品40-41
• 4.2.2 儀器及設(shè)備41
• 4.2.3 器件制備工藝41-42
• 4.2.4 器件性能測(cè)試42
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論42-48
• 4.3.1 光伏器件的光電特性曲線42-43
• 4.3.2 ICBA 作為受體對(duì)器件性能的影響43-44
• 4.3.3 P3HT：ICBA 的不同比例對(duì)器件性能的影響44-46
• 4.3.4 以 ICBA 為受體的器件穩(wěn)定性的改善46-48
• 4.4 本章小結(jié)48-50
• 第五章 全文總結(jié)與展望50-52
• 5.1 全文總結(jié)50-51
• 5.2 展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-57
• 發(fā)表論文與科研情況說明57-58
• 致謝58-59

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