基于AgAl合金电极的高效稳定聚合物太阳能电池的研究

发布时间：2019-08-27 11:08

【摘要】：由于全球能源需求持续上升、化石燃料储量急剧下降以及燃烧化石燃料会导致环境污染,因此绿色无污染的可持续再生能源越来越得到人们的重视。而作为新一代光伏技术,有机太阳能电池在最近几年取得了飞快的发展。目前,单节的有机太阳能电池的光电转换效率已经超过10%,多层活性层结构的电池效率也已接近12%。除了电池的光电转换效率还需进一步提升之外,另一个限制其商业化进程的重要因素就是电池器件的稳定性。因此,本论文从提高有机太阳能电池的光电转换效率和稳定性两个角度出发,去寻找新的、性能更高、稳定性更好的金属电极以及合适的界面修饰层。1.研究以A1为电极的有机太阳能电池的开路电压随着时间而增加至最大值的现象。我们认为这是由于A1与空气中的水蒸气和氧气发生了反应,生成了 AlOx。而且在AlOx产生的初期,即其厚度很薄的时候,它对电池性能和稳定性具有提升作用。这主要是由于AlOx薄膜可以调节A1电极的功函数;增强电池的内建电场,提高开路电压;优化A1/MoO3界面接触质量,有利于电池填充因子FF的提升;还可以抑制A1原子扩散到活性层,增强电池的稳定性。但是随着氧气和水蒸气的不断侵蚀,AlOx的厚度会持续增加,导致其绝缘特性凸显,使得电池的串联电阻增加,性能下降。因此,我们采用新型银铝合金电极材料来取代A1电极,通过降低电极中A1的含量来阻止AlOx厚度的持续增加。2.采用新型银铝合金材料来提升有机聚合物太阳能电池的光电转换效率和稳定性。与相同结构的Al、Ag电极器件相比,以AgAl为电极的器件表现出更高的效率以及更好的稳定性。这主要是因为AgAl在继承了 A1和Ag二者优点的同时,又抑制了它们各自的缺点:AgAl可以在AgAl/MoO3界面形成的一层很薄的AlOx,其能够有效抑制Ag原子扩散进入有机活性层,进而提升电池器件的稳定性;而且由于AgAl中A1的含量只有3%,这样也可以阻止AlOx厚度的持续增加。此外,AlOx薄膜还能够帮助器件形成热稳定的有机层/电极接触面,阻止水蒸气的侵蚀,提升电池的稳定性。3.采用界面修饰的方法来改善有机太阳能电池中界面的接触质量。厚度为0.7 nm的LiF可以有效地改善ITO/ZnO的接触质量;减少ITO表面的针孔缺陷,降低电池暗电流;有助于提高载流子的传输和收集。此外,A1掺杂ZnO可增强ZnO薄膜的导电性以及改善其薄膜形态,进而提升器件的Jsc和FF;而且AZO还能够增强器件的抗紫外能力,减缓电池在光照下的衰减,延长其寿命。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM914.4

【参考文献】