基于厚活性层薄膜的聚合物光伏电池性能及其机理的研究
发布时间：2024-02-26 18:00
溶液加工的聚合物光伏电池(PSCs)因其质轻,柔性,潜在低成本等特点,受到了学术界和工业界的广泛关注。高速“卷对卷”(Roll-to-Roll,R2R)印刷是实现PSCs商业化应用的最有前景的加工方式。然而,高速“卷对卷”印刷必然存在活性层膜厚的较大幅度变化。为此,活性层在选定的平均厚度出现较大波动时仍然能让电池保持高效率十分关键。目前大部分应用于PSCs的活性层材料常表现出对厚度的较大敏感性,其最优能量转换效率(PCE)通常在100150 nm这一较薄的范围内,对选择适用于高速“卷对卷”的平均厚度带来制约。平均厚度选择在200nm之上不仅更有利于应对活性层厚度的波动,也能更好地减小活性层针孔的出现,从而更能保证高速“卷对卷”印刷时的成品率。本论文首先在第一章中回顾了相关进展,然后围绕解决相关问题开展研究,比较了多种活性层材料在不同膜厚下的光伏性能表现,探讨了影响厚膜效率的机制,也发现了一些在约300nm甚至400nm下表现出最高效率的活性层材料体系,将推动面向高速“卷对卷”印刷应用的聚合物光伏材料体系的发展。在第二章中,我们将具有高空穴迁移率的共轭聚合物Si25...
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 聚合物太阳能电池简介
1.2.1 聚合物太阳能电池的发展历史与研究现状
1.2.2 聚合物太阳能电池的工作机理
1.2.2.1 光子的吸收和激子的产生
1.2.2.2 电荷转移态(Charge-Transfer State)和自由载流子的产生
1.2.2.3 电荷的传输和收集
1.2.3 聚合物太阳能电池的器件结构
1.2.3.1 单层器件结构
1.2.3.2 双层器件结构
1.2.3.3 本体异质结器件结构
1.2.3.4 叠层器件结构
1.3 厚膜高效率聚合物太阳能电池简介
1.3.1 决定聚合物太阳能电池活性层厚度的因素
1.3.1.1 光的干涉效应
1.3.1.2 空间电荷效应
1.3.1.3 载流子迁移率
1.3.1.4 活性层薄膜的形貌
1.3.2 厚膜高效聚合物太阳能电池活性层材料体系简介
1.3.2.1 聚噻吩体系
1.3.2.2 氟取代的聚合物
1.3.2.3 噻唑类聚合物
1.3.2.4 噻吩并吡咯二酮(TPD)类聚合物及其衍生物
1.3.2.5 高迁移率非富勒烯小分子受体
1.4 聚合物太阳能电池的制备与表征
1.4.1 聚合物太阳能的电池的制备过程
1.4.2 聚合物太阳能电池器件参数的测试过程
1.4.3 聚合物太阳能电池的等效电路图
1.4.4 聚合物太阳能电池的伏安特性曲线和性能参数
1.5 本论文的研究意义和创新之处
第二章 基于抑制Jsc-Voc间 trade-off的厚膜高效率非富勒烯聚合物太阳能电池的研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 材料与试剂
2.2.2 聚合物太阳能电池器件的制备与表征
2.2.2.1 光伏器件的制备
2.2.2.2 聚合物太阳能电池器件的表征
2.2.2.3 单载流子器件的制备与表征
2.2.3 其他测试
2.3 结果与讨论
2.3.1 活性层的紫外-可见光吸收光谱和光致发光(PL)光谱
2.3.2 聚合物太阳能电池的光伏器件性能
2.3.3 聚合物光伏器件的Eloss的测试与分析
2.3.4 载流子迁移率的测试与分析
2.3.5 聚合物光伏器件的激子的解离和复合测试
2.3.6 聚合物光伏器件活性层形貌的表征
2.4 本章小结
第三章 调节聚合物的分子量及分子量分布来提升厚膜光伏器件性能和稳定性的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 材料与试剂
3.2.2 聚合物太阳能电池器件的制备与表征
3.2.2.1 光伏器件的制备
3.2.2.2 聚合物太阳能电池器件的表征
3.2.2.3 单载流子器件的制备与表征
3.2.3 其他测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 聚合物的电化学测试和活性层材料的紫外可见吸收光谱
3.3.2 聚合物太阳能电池的光伏器件性能
3.3.3 聚合物光伏器件的激子解离和复合测试。
3.3.4 载流子迁移率的测试与分析
3.3.5 聚合物光伏器件活性层形貌的表征
3.3.6 不同膜厚下的聚合物光伏器件性能和器件稳定性测试
3.4 本章小结
第四章 基于1D/2A型三元厚膜聚合物太阳能电池的研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 材料与试剂
4.2.2 聚合物太阳能电池器件的制备与表征
4.2.2.1 器件的制备
4.2.2.2 聚合物太阳能电池器件的表征
4.2.2.3 单载流子器件的制备与表征
4.2.3 其他测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 各材料的能级和共混膜的紫外-可见光谱
4.3.2 二元聚合物太阳能电池的光伏器件性能
4.3.3 三元聚合物太阳能电池的光伏器件性能
4.3.4 载流子迁移率的测试与分析
4.3.5 二元和三元共混膜形貌的表征
4.3.6 载流子动力学和光伏器件的稳定性测试
4.4 本章小结
第五章 基于高Voc和良好热稳定性的三元非富勒烯聚合物太阳能电池的研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 材料与试剂
5.2.2 聚合物太阳能电池器件的制备与表征
5.2.2.1 光伏器件的制备
5.2.2.2 聚合物太阳能电池器件的表征
5.2.2.3 单载流子器件的制备与表征
5.2.3 其他测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 各材料的化学结构,能级和紫外-可见光谱
5.3.2 聚合物太阳能电池的光伏器件性能
5.3.3 聚合物光伏器件的激子的解离和复合测试
5.3.4 载流子迁移率的测试与分析
5.3.5 聚合物光伏器件活性层形貌的表征
5.3.6 聚合物光伏电池热稳定性测试和大面积光伏器件的性能
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3911643
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 聚合物太阳能电池简介
1.2.1 聚合物太阳能电池的发展历史与研究现状
1.2.2 聚合物太阳能电池的工作机理
1.2.2.1 光子的吸收和激子的产生
1.2.2.2 电荷转移态(Charge-Transfer State)和自由载流子的产生
1.2.2.3 电荷的传输和收集
1.2.3 聚合物太阳能电池的器件结构
1.2.3.1 单层器件结构
1.2.3.2 双层器件结构
1.2.3.3 本体异质结器件结构
1.2.3.4 叠层器件结构
1.3 厚膜高效率聚合物太阳能电池简介
1.3.1 决定聚合物太阳能电池活性层厚度的因素
1.3.1.1 光的干涉效应
1.3.1.2 空间电荷效应
1.3.1.3 载流子迁移率
1.3.1.4 活性层薄膜的形貌
1.3.2 厚膜高效聚合物太阳能电池活性层材料体系简介
1.3.2.1 聚噻吩体系
1.3.2.2 氟取代的聚合物
1.3.2.3 噻唑类聚合物
1.3.2.4 噻吩并吡咯二酮(TPD)类聚合物及其衍生物
1.3.2.5 高迁移率非富勒烯小分子受体
1.4 聚合物太阳能电池的制备与表征
1.4.1 聚合物太阳能的电池的制备过程
1.4.2 聚合物太阳能电池器件参数的测试过程
1.4.3 聚合物太阳能电池的等效电路图
1.4.4 聚合物太阳能电池的伏安特性曲线和性能参数
1.5 本论文的研究意义和创新之处
第二章 基于抑制Jsc-Voc间 trade-off的厚膜高效率非富勒烯聚合物太阳能电池的研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 材料与试剂
2.2.2 聚合物太阳能电池器件的制备与表征
2.2.2.1 光伏器件的制备
2.2.2.2 聚合物太阳能电池器件的表征
2.2.2.3 单载流子器件的制备与表征
2.2.3 其他测试
2.3 结果与讨论
2.3.1 活性层的紫外-可见光吸收光谱和光致发光(PL)光谱
2.3.2 聚合物太阳能电池的光伏器件性能
2.3.3 聚合物光伏器件的Eloss的测试与分析
2.3.4 载流子迁移率的测试与分析
2.3.5 聚合物光伏器件的激子的解离和复合测试
2.3.6 聚合物光伏器件活性层形貌的表征
2.4 本章小结
第三章 调节聚合物的分子量及分子量分布来提升厚膜光伏器件性能和稳定性的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 材料与试剂
3.2.2 聚合物太阳能电池器件的制备与表征
3.2.2.1 光伏器件的制备
3.2.2.2 聚合物太阳能电池器件的表征
3.2.2.3 单载流子器件的制备与表征
3.2.3 其他测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 聚合物的电化学测试和活性层材料的紫外可见吸收光谱
3.3.2 聚合物太阳能电池的光伏器件性能
3.3.3 聚合物光伏器件的激子解离和复合测试。
3.3.4 载流子迁移率的测试与分析
3.3.5 聚合物光伏器件活性层形貌的表征
3.3.6 不同膜厚下的聚合物光伏器件性能和器件稳定性测试
3.4 本章小结
第四章 基于1D/2A型三元厚膜聚合物太阳能电池的研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 材料与试剂
4.2.2 聚合物太阳能电池器件的制备与表征
4.2.2.1 器件的制备
4.2.2.2 聚合物太阳能电池器件的表征
4.2.2.3 单载流子器件的制备与表征
4.2.3 其他测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 各材料的能级和共混膜的紫外-可见光谱
4.3.2 二元聚合物太阳能电池的光伏器件性能
4.3.3 三元聚合物太阳能电池的光伏器件性能
4.3.4 载流子迁移率的测试与分析
4.3.5 二元和三元共混膜形貌的表征
4.3.6 载流子动力学和光伏器件的稳定性测试
4.4 本章小结
第五章 基于高Voc和良好热稳定性的三元非富勒烯聚合物太阳能电池的研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 材料与试剂
5.2.2 聚合物太阳能电池器件的制备与表征
5.2.2.1 光伏器件的制备
5.2.2.2 聚合物太阳能电池器件的表征
5.2.2.3 单载流子器件的制备与表征
5.2.3 其他测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 各材料的化学结构,能级和紫外-可见光谱
5.3.2 聚合物太阳能电池的光伏器件性能
5.3.3 聚合物光伏器件的激子的解离和复合测试
5.3.4 载流子迁移率的测试与分析
5.3.5 聚合物光伏器件活性层形貌的表征
5.3.6 聚合物光伏电池热稳定性测试和大面积光伏器件的性能
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
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