聚合物/染料復(fù)合結(jié)構(gòu)光伏特性的研究

【摘要】： 有機(jī)光伏器件效率較低的一個(gè)主要原因就是對(duì)可見(jiàn)光的吸收譜較窄。因此,在以PPV衍生物與富勒烯及其衍生物的摻雜體系為功能層的光伏器件中,我們通過(guò)復(fù)合染料來(lái)拓展器件吸收譜,以此提高光生載流子的產(chǎn)生幾率,使光伏器件的性能得到提升。 本論文中,我們利用酞菁類染料作為其復(fù)合材料,采用聚合物/染料共摻制備復(fù)合薄膜光伏器件以及聚合物/染料分層制備層疊光伏器件這兩種器件結(jié)構(gòu),通過(guò)優(yōu)化摻雜比例和功能層的膜厚,使器件的性能都得到了有效的提升。 同時(shí),在染料敏化納米晶TiO_2太陽(yáng)能電池(DSSC)中,為了解決其中液態(tài)電解質(zhì)帶來(lái)的諸多問(wèn)題,我們研究了以聚合物MEH-PPV或有機(jī)小分子CuPc為固態(tài)電解質(zhì)的DSSC電池,即染料敏化異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池(DSH)。 1)分別研究了酞菁氧鈦(TiOPc)以不同的質(zhì)量比例共摻對(duì)單層MEH-PPV光伏器件和MEH-PPV:C60體異質(zhì)結(jié)型光伏器件性能的影響。共摻TiOPc都拓寬了原器件對(duì)可見(jiàn)光的吸收譜。MEH-PPV與TiOPc在其最佳共摻比例1:2(wt)時(shí),器件短路電流密度Jsc和轉(zhuǎn)化效率η分別比無(wú)TiOPc摻入的原器件提高了約40%和60%;同時(shí),Voc也有不同程度的提高。而MEH-PPV:C60與TiOPc在其最佳共摻比例1:5(wt)時(shí)的器件,其Jsc和η則分別比原器件提高了約70%和90%。 2)分別研究了蒸鍍不同厚度酞菁銅(CuPc)層對(duì)MEH-PPV:PCBM以及MEH-PPV:C60兩種體異質(zhì)結(jié)型光伏器件性能的影響。蒸鍍一定厚度的CuPc,同樣能夠拓展原器件對(duì)可見(jiàn)光譜的覆蓋。兩種器件都在CuPc厚度為8nm時(shí)性能最佳,相比于無(wú)CuPc層的原器件,MEH-PPV:PCBM復(fù)合體系的Jsc和η都提高了約80%;MEH-PPV:C60復(fù)合體系的Jsc和η則分別提高了約150%和175%。 3)通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):以MEH-PPV為空穴傳輸層的DSH電池,在空穴傳輸層厚度為80nm時(shí)器件性能最優(yōu):Jsc,Voc和η分別為3.85mA/cm~2,0.96V和1.34%;而以CuPc為空穴傳輸層的DSH電池則在CuPc膜厚為40nm時(shí)性能最優(yōu):Jsc,Voc和η分別為248.3μA/cm~2,0.61V,0.058%。相比于常規(guī)的以I_3/I-氧化-還原對(duì)為液態(tài)電解質(zhì)的DSSC電池,兩種DSH電池的Voc均有不同程度的提高。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)太陽(yáng)能電池 DSSC 酞著類染料 MEH-PPV
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 有機(jī)光伏器件11-15
• 1.1.1 有機(jī)光伏器件的研究背景和工作原理11-12
• 1.1.2 有機(jī)光伏器件的材料12-14
• 1.1.3 有機(jī)光伏器件的結(jié)構(gòu)14
• 1.1.4 本論文的研究領(lǐng)域14-15
• 1.2 染料敏化異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池15-18
• 1.2.1 染料敏化納米晶TiO_2太陽(yáng)能電池的研究背景15
• 1.2.2 DSSC的工作原理15-17
• 1.2.3 染料敏化異質(zhì)結(jié)電池工作原理和發(fā)展進(jìn)程17-18
• 1.3 本論文的主要工作18-19
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法19-24
• 2.1 有機(jī)太陽(yáng)電池的制備工藝19-20
• 2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的制備工藝20-22
• 2.3 光伏器件的測(cè)試22-24
• 2.3.1 電流-電壓特性的測(cè)量22-23
• 2.3.2 吸收光譜的測(cè)量23
• 2.3.3 光譜響應(yīng)特性的測(cè)量23-24
• 第3章 聚合物/染料復(fù)合體系光伏特性的研究24-40
• 3.1 聚合物/染料復(fù)合體系的光伏特性24
• 3.2 TiOPc共摻聚合物器件光伏特性的研究24-31
• 3.2.1 TiOPc共摻MEH-PPV單層器件的光伏特性24-27
• 3.2.2 TiOPc共摻MEH-PPV:C60體異質(zhì)結(jié)器件的光伏特性27-31
• 3.3 CuPc層疊聚合物器件光伏特性的研究31-39
• 3.3.1 CuPc層疊聚合物光伏器件31-32
• 3.3.2 CuPc層疊MEH-PPV:PCBM器件的光伏特性32-36
• 3.3.3 CuPc層疊MEH-PPV:C60器件的光伏特性36-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第4章 染料敏化異質(zhì)結(jié)電池的光伏特性研究40-48
• 4.1 染料敏化異質(zhì)結(jié)電池40
• 4.2 以有機(jī)空穴傳輸材料為空穴傳輸層的DSH電池40-47
• 4.2.1 以MEH-PPV為空穴傳輸層的DSH電池的光伏特性40-45
• 4.2.2 以CuPc為空穴傳輸層的DSH電池的光伏特性45-47
• 4.3 本章小結(jié)47-48
• 第5章 結(jié)論48-49
• 參考文獻(xiàn)49-52
• 作者簡(jiǎn)歷52-54
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集54

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