基于量子点掺杂的聚合物太阳能电池研究
本文选题:聚合物太阳能电池 + 量子点掺杂 ; 参考:《吉林大学》2017年硕士论文
【摘要】:在过去的几十年中,为了解决能源危机和环境问题,人们对聚合物太阳能电池做了许多研究。聚合物太阳能电池与传统的硅基电池相比,具有以下优势:电池制造成本低,材料质地轻,柔性,可大面积制作等。然而聚合物太阳能电池目前的局限性也不容忽视,能量转换效率的偏低将会影响电池的推广应用。决定聚合物太阳能电池能量转换效率(PCE)的参数有开路电压(Voc),短路电流(Isc),填充因子(FF)。可以影响开路电压的因素主要有材料的功函数,给受体能极差以及活性层薄膜形貌;影响短路电流和填充因子的因素比较复杂,包括光学方面的影响和内转换效率,诸如激子分离,复合以及载流子的迁移率等。提高能量转换效率的关键之处在对于新材料的开发和应用。那些能提高光子吸收率,有效的提高激子分离,减少载流子复合的材料可以被广泛采用,这也是本文的研究重点。在本论文中,我们成功制备了PF-5DTBTPSMA量子点材料,并将其应用到以PCDTBT:PC71BM为活性层体系的反型聚合物太阳能电池中,通过这种方式来提高聚合物太阳能电池的能量转换效率,最终优化的器件的PCE达到7.40%。经过研究表明,聚合物太阳能电池转换效率提高的主要原因是短路电流密度和填充因子的提高,进一步测量我们发现PF-5DTBTPSMA量子点掺杂可以提高器件的电学性能:有利于激子的分离,减少复合,增强电荷传输和收集等。最近,利用无机量子点来提高聚合物太阳能电池的性能已经引起广泛的重视,我们研究了无镉量子点Cu In S2/Zn S(CIS-Z)在PCDTBT:PC71BM体系的掺杂以提高聚合物太阳能电池的能量转换效率。最后我们制备效率最高的掺杂器件能量转换效率7.19%,相比没有掺杂的控制器件,提高了21.6%。最后我们发现,Cu In S2/Zn S(CIS-Z)无镉量子点不仅有利于激子分离和产生,还能增强电荷传输特性,这些因素都为聚合物太阳能电池能量转换效率的提高做出了贡献。
[Abstract]:In the past few decades, many researches have been done on polymer solar cells to solve the energy crisis and environmental problems. Compared with traditional silicon based solar cells, polymer solar cells have the following advantages: low manufacturing cost, light material, flexibility, large area fabrication and so on. However, the limitations of polymer solar cells can not be ignored. The low efficiency of energy conversion will affect the application of solar cells. The parameters that determine the energy conversion efficiency of polymer solar cells are open circuit voltage, short circuit current, and filling factor. The main factors that can affect the open circuit voltage are the work function of the material, the difference of the acceptor energy and the morphology of the active film, the factors affecting the short circuit current and filling factor are quite complex, including the influence of optics and the efficiency of internal conversion. Such as exciton separation, recombination and carrier mobility. The key to improving energy conversion efficiency lies in the development and application of new materials. Those materials which can improve photon absorption, effectively improve exciton separation and reduce carrier recombination can be widely used, which is also the focus of this paper. In this thesis, we have successfully prepared PF-5DTBTPSMA quantum dots and applied them to the inverse polymer solar cells with PCDTBT: PC71BM as the active layer system. In this way, we can improve the energy conversion efficiency of the polymer solar cells. The PCE of the final optimized device reaches 7.40. The results show that the increase of conversion efficiency of polymer solar cells is mainly due to the increase of short-circuit current density and filling factor. Further measurements show that PF-5DTBTPSMA quantum dot doping can improve the electrical properties of the device, such as the separation of excitons, the reduction of recombination, the enhancement of charge transport and collection, etc. Recently, the use of inorganic quantum dots to improve the performance of polymer solar cells has attracted much attention. We have studied the doping of cadmium free quantum dots Cu in S _ 2 / Zn Squi-CIS-Z in PCDTBT: PC71BM system to improve the energy conversion efficiency of polymer solar cells. Finally, the energy conversion efficiency of the most efficient doped device is 7.19, which is higher than that of the control device without doping. Finally, we find that the cadmium free quantum dots of Cu in S 2 / Zn S 2 / Zn Si CIS-Z not only facilitate the separation and generation of excitons, but also enhance the charge-transfer characteristics. These factors contribute to the improvement of the energy conversion efficiency of polymer solar cells.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM914.4
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,本文编号:2011973
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