利用添加劑提高有機光伏電池性能及穩(wěn)定性

【摘要】：近年來,有機太陽能電池(OSC)作為一種綠色無污染的可再生的清潔能源引起了人們的極大關注。與無機太陽能電池相比,有機太陽能電池具有成本低,重量輕,可大面積柔性制備等特點。高效率和高穩(wěn)定性是衡量有機光伏電池的兩個重要指標。因此,如何提高有機太陽能電池的光電轉換效率和穩(wěn)定性是當前有機太陽能電池的研究熱點。針對這些問題,本論文主要做的工作如下: 1.制備了結構為ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al有機太陽能電池器件。其中,PEDOT:PSS為陽極修飾層,P3HT:PCBM為活性層。研究了不同熱處理條件、不同溶劑配比以及不同旋涂轉速對光伏器件性能的影響。結果表明:太陽能電池活性層的微觀形貌對電池的性能影響明顯。合適的熱處理溫度及時間會優(yōu)化活性層薄膜的形貌,會使活性層材料的分子更加有序的排列,從而形成合適的相分離及良好的互穿網(wǎng)絡;有利于激子的解離以及電荷的傳輸,增加電池器件的短路電流,提高電池器件的填充因子及光電轉換效率。由于給體受體材料的比例不同,活性層對光的吸收和相分離都會受到影響。器件性能如開路電壓和短路電流的大小因此受到活性層混合膜中給受體材料的比例的影響。不同的旋涂轉速會影響到活性層的厚度,而活性層的厚度會直接影響到活性層對光子的吸收、激子的產(chǎn)生以及給、受體界面的大小,從而影響到有機光伏器件的性能。經(jīng)過優(yōu)化得到了有機光伏電池的制備工藝條件:160 oC下退火處理30分鐘,活性層旋涂轉速為600rpm,P3HT: PCBM質量比為1 : 0.8。 2.制備了結構為ITO/ PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:對苯二酚/LiF/Al的有機太陽能電池器件?？疾炝瞬煌|量分數(shù)的添加劑對器件性能的影響。其中對苯二酚的質量分數(shù)分別為0.1%、0.2%、0.4%、0.5%、0.7%。結果表明,當添加對苯二酚質量分數(shù)為0.2%時,在100mW/cm2的照射光強下,器件的光電轉換效率(PCE),短路電流(Jsc),開路電壓(Voc)和填充因子(FF)分別從3.39%、11.05 mA/cm2、0.61V、50.29%提高到了4.58%、12.45mA/cm2、0.65V、56.60%。與參比器件相比,使用對苯二酚作為活性層添加劑的器件的光電轉換效率提高了35%,其壽命提高了大約5倍。采用紫外可見吸收光譜(UV-vis)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)等手段對活性層進行了表征。結果表明:對苯二酚作為添加劑加入到P3HT:PCBM活性層中會誘導P3HT的結晶使得光伏器件的性能得到顯著提高。由此我們可以預測:對苯二酚是一種很有希望的新型添加劑。 3.制備了結構為ITO/ PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:cdg-24/LiF/Al的器件,考察了不同質量分數(shù)的添加劑cdg-24對器件性能的影響。結果表明,加入添加劑cdg-24后器件的電流得到了一定的提高,但是其他的性能卻有一定的降低。進一步的研究還在進行中,初步的實驗結果為后續(xù)進一步改進共軛小分子的合成提供了指導。 【關鍵詞】：有機太陽能電池 工藝條件 添加劑 活性層 對苯二酚
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 研究的背景與意義10-11
• 1.2 有機太陽能電池研究進展11
• 1.3 有機太陽能電池簡介11-19
• 1.3.1 太陽能電池的基本原理11-12
• 1.3.2 太陽能電池主要器件結構12-14
• 1.3.3 太陽能電池的伏安特性曲線及相關特性參數(shù)14-16
• 1.3.4 有機太陽能電池的等效電路16-17
• 1.3.5 有機太陽能電池的材料17-18
• 1.3.6 有機太陽能電池的穩(wěn)定性18-19
• 1.4 本論文的主要工作19-20
• 第二章 不同工藝條件對有機太陽能電池器件性能的影響20-28
• 2.1 前言20-21
• 2.1.1 工藝條件對器件性能影響的理論分析20
• 2.1.2 影響太陽能電池器件性能的工藝條件及研究歷程20-21
• 2.2 實驗部分21-22
• 2.2.1 藥品與試劑21
• 2.2.2 所用儀器21
• 2.2.3 太陽能電池器件的制備過程21-22
• 2.3 結果與討論22-26
• 2.3.1 不同退火條件對器件性能的影響22-24
• 2.3.2 活性層給受體比例對器件性能的影響24-25
• 2.3.3 活性層旋涂成膜轉速對器件性能的影響25-26
• 2.4 本章小結26-28
• 第三章 以對苯二酚作為活性層添加劑的三組分有機光伏電池28-36
• 3.1 前言28
• 3.2 實驗部分28-30
• 3.2.1 藥品與試劑28-29
• 3.2.2 太陽能電池器件的制備過程29-30
• 3.2.3 太陽能電池器件的測試儀器30
• 3.3 結果與討論30-34
• 3.3.1 不同活性層添加劑濃度器件的J-V 曲線測試30-31
• 3.3.2 加入添加劑后對器件壽命的影響31-32
• 3.3.3 加入添加劑前后活性層薄膜對光譜吸收的變化32
• 3.3.4 加入添加劑前后活性層薄膜的XRD 分析32-33
• 3.3.5 加入添加劑前后活性層薄膜的掃描電鏡（SEM）分析33-34
• 3.3.6 加入添加劑前后活性層薄膜的原子力顯微鏡（AFM）分析34
• 3.4 本章小結34-36
• 第四章 以有機小分子作為活性層添加劑的探索36-43
• 4.1 前言36
• 4.2 實驗部分36-38
• 4.2.1 所用藥品36-37
• 4.2.2 所用儀器與設備37
• 4.2.3 太陽能電池器件的制備工藝37-38
• 4.2.4 太陽能電池器件的測試儀器38
• 4.3 結果與討論38-42
• 4.3.1 加入小分子添加劑前后活性層薄膜對光譜吸收的變化38
• 4.3.2 不同活性層添加劑濃度器件的J-V 曲線測試38-41
• 4.3.3 加入添加劑前后活性層薄膜的XRD 分析41-42
• 4.4 本章小結42-43
• 第五章 全文總結及展望43-45
• 5.1 全文總結43-44
• 5.2 存在的問題以及進一步工作的設想44-45
• 5.2.1 存在的問題44
• 5.2.2 進一步工作的設想44-45
• 參考文獻45-53
• 發(fā)表論文和科研情況說明53-54
• 致謝54-55

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