聚合物光伏電池的性能優(yōu)化及穩(wěn)定性研究

【摘要】：相比于傳統(tǒng)無機(jī)光伏電池,聚合物光伏電池具有廉價(jià)、無毒、可實(shí)現(xiàn)大面積柔性制備等顯著優(yōu)勢(shì)。然而,較低的光電轉(zhuǎn)換效率和較差的壽命及穩(wěn)定性嚴(yán)重制約了其商業(yè)化進(jìn)程。同時(shí)在簡(jiǎn)化器件制備工藝、降低生產(chǎn)成本等方面也存在許多問題需要解決。本論文針對(duì)提高有機(jī)光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性進(jìn)行選題,研究了苯甲酸鋰新型陰極修飾層提高有機(jī)光伏電池的性能以及利用添加劑調(diào)控活性層的微觀形貌及其形貌穩(wěn)定性兩方面工作,具體內(nèi)容如下: 1、研究了真空熱蒸鍍法制備基于苯甲酸鋰(C_6H_5COOLi)為陰極修飾層的有機(jī)光伏器件。考察了C_6H_5COOLi陰極修飾層的厚度對(duì)器件性能及存儲(chǔ)穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明:C_6H_5COOLi陰極修飾層厚度為1nm時(shí)的器件性能得到最大優(yōu)化,光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)達(dá)到(3.41+ 0.07)%,相比于不加任何修飾層的器件,其穩(wěn)定性提高了將近1倍。C_6H_5COOLi熱沉積過程分解釋放出具有低功函數(shù)的Li,減小了活性層和陰極之間的界面電阻,增強(qiáng)了內(nèi)建電場(chǎng)有利于電荷的傳輸。此外,C_6H_5COOLi陰極修飾層還能夠作為有機(jī)活性層的保護(hù)層,起到阻擋空氣中的水和氧的作用,減緩了有機(jī)光伏電池的衰減趨勢(shì)。 2、研究了利用溶液旋涂法制備基于苯甲酸鋰(C_6H_5COOLi)為陰極修飾層的有機(jī)光伏器件。考察了旋涂不同濃度的C_6H_5COOLi乙醇溶液對(duì)器件性能的影響。結(jié)果表明:可以在較寬的濃度范圍內(nèi)(0.2～0.8 mg/ml)通過旋涂法制備C_6H_5COOLi陰極修飾層以提高器件的性能,特別是對(duì)填充因子(FF)的改善尤為顯著。器件的PCE最高可達(dá)(3.84+0.16)%。溶液旋涂法制備C_6H_5COOLi緩沖層,既能夠降低活性層和陰極之間界面勢(shì)壘,形成歐姆接觸,減小器件串聯(lián)電阻,同時(shí)還能有效地增大器件的并聯(lián)電阻,降低漏電程度。此外,旋涂法制備陰極修飾層簡(jiǎn)化了光伏器件的制備工藝,從一定程度上可以降低有機(jī)聚合物光伏電池的生產(chǎn)成本。 3、研究了以過氧化二叔丁烷(DTBP)作為P3HT:PCBM活性層添加劑的三組分有機(jī)光伏電池。考察了DTBP的用量和熱處理溫度及時(shí)長(zhǎng)對(duì)電池性能的影響。結(jié)果表明:加入0.5wt%的DTBP ,經(jīng)過20分鐘熱處理后,器件性能得到極大改善,Jsc =(10.44+0.13) mA/cm~2, FF=(57.61+1.56) %, Voc =(0.63+0.00) V, PCE =(3.82+0.11) %。與參比器件相比,Jsc、FF和PCE分別提高了10%、26%和33%。場(chǎng)效應(yīng)測(cè)試結(jié)果表明:添加劑的加入使得器件的遷移率提高了1-2個(gè)數(shù)量級(jí),顯著提高了器件的填充因子FF,進(jìn)而提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。Uv-vis、PL、XRD、AFM以及光學(xué)顯微鏡分析表明,器件性能得以改善是由于熱處理過程中DTBP引發(fā)P3HT烷基側(cè)鏈末端發(fā)生適度交聯(lián),使得活性層形貌變得更加粗糙,增大了有效的D/A接觸面積,有利于激子解離和電荷傳輸。此外,熱交聯(lián)還可以“固定”住優(yōu)化后的P3HT:PCBM微觀形貌,阻礙了大尺度相分離的形成,從而提高了聚合物光伏電池的形貌穩(wěn)定性。 【關(guān)鍵詞】：聚合物光伏電池 苯甲酸鋰 添加劑 光電轉(zhuǎn)換效率 穩(wěn)定性
【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】：2011
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 有機(jī)聚合物光伏電池的器件結(jié)構(gòu)及工作原理11-16
• 1.2.1 器件結(jié)構(gòu)11-15
• 1.2.2 工作原理15-16
• 1.3 有機(jī)聚合物光伏電池的性能參數(shù)及研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 表征電池性能的幾個(gè)重要參數(shù)16-18
• 1.3.2 聚合物光伏電池的研究現(xiàn)狀及存在的問題18-20
• 1.4 本論文的設(shè)計(jì)思路及主要內(nèi)容20-22
• 第二章 真空熱蒸鍍苯甲酸鋰作為陰極修飾層的有機(jī)光伏電池22-30
• 2.1 前言22-24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分24-25
• 2.2.1 藥品與材料24
• 2.2.2 儀器與設(shè)備24
• 2.2.3 器件制備工藝24
• 2.2.4 器件性能測(cè)試24-25
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論25-28
• 2.3.1 光伏器件的I-V 特性曲線25-26
• 2.3.2 器件的串并聯(lián)電阻的計(jì)算及分析26-27
• 2.3.3 苯甲酸鋰陰極修飾層對(duì)光伏器件性能的影響27
• 2.3.4 苯甲酸鋰陰極修飾層對(duì)器件穩(wěn)定性的影響27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-30
• 第三章 溶液可加工苯甲酸鋰作為陰極修飾層的有機(jī)光伏電池30-36
• 3.1 前言30-31
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分31-32
• 3.2.1 藥品與材料31
• 3.2.2 儀器與設(shè)備31
• 3.2.3 器件制備工藝31
• 3.2.4 器件性能測(cè)試31-32
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論32-35
• 3.3.1 光伏器件的I-V 特性曲線32-33
• 3.3.2 緩沖層溶液的濃度對(duì)器件性能的影響33-34
• 3.3.3 不同的陰極修飾層對(duì)器件的影響34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第四章 以過氧化二叔丁烷作為活性層添加劑的三組分有機(jī)光伏電池36-48
• 4.1 前言36-38
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分38-39
• 4.2.1 藥品與材料38
• 4.2.2 儀器與設(shè)備38
• 4.2.3 器件制備工藝38
• 4.2.4 器件性能測(cè)試38-39
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論39-47
• 4.3.1 光照條件下器件的I-V 特性曲線39-40
• 4.3.2 原子力顯微鏡微觀形貌分析40-41
• 4.3.3 活性層薄膜光譜分析41-43
• 4.3.4 器件遷移率測(cè)試43-44
• 4.3.5 熱交聯(lián)對(duì)器件穩(wěn)定性的影響44-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 第五章 全文總結(jié)與展望48-50
• 5.1 全文總結(jié)48-49
• 5.2 展望49-50
• 參考文獻(xiàn)50-56
• 發(fā)表論文和科研情況說明56-57
• 致謝57-58

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