基于阳极界面修饰层对有机聚合物太阳能电池影响的研究

发布时间：2019-11-28 08:41

【摘要】：随着全球经济的快速发展,传统能源的日益消耗导致世界规模的能源危机。同时,化石燃料的过度使用使得环境污染威胁到人们的生活。因此,储量丰富且清洁可再生的太阳能成为理想的替代能源。近二十年发展起来的有机太阳能电池,凭借其具有大面积低成本制备潜力、可实现柔性电池且制备工艺简单等突出优点,已经成为研究领域的热点。目前报道的有机太阳能电池的能量转换效率已达到10%以上,然而这个数字远没有达到可以大规模生产的要求。界面修饰层在改善有机太阳能电池光伏性能,提高器件稳定性方面起着至关重要的作用。界面修饰层可以是导电聚合物、金属氧化物或者其它纳米结构的材料。本文主要针对目前有机太阳能电池中常用的阳极界面修饰层的不足,引入了新型的阳极缓冲层,做了如下工作。1、以PTFE和MoO_3组成双层结构,替代目前常用的阳极界面修饰层PEDOT:PSS或MoO_3作为阳极缓冲层,制备了结构为ITO/PTFE/MoO_3/PCDTBT:PC71BM/Alq3/Al的实验器件。PTFE/MoO_3双层结构会在ITO表面形成界面偶极子,提高ITO的表面功函数,优化了ITO与活性层之间的界面能级差,从而有利于空穴的提取。同时,相对于PEDOT:PSS,PTFE/MoO_3双层结构具有稳定的物理化学性质,耐潮湿,且不会侵蚀ITO;相对于单层MoO_3,PTFE/MoO_3双层结构对电子的阻挡能力增强,降低了电子与空穴的复合几率。因此,器件的性能得到了极大地改善。2、石墨烯材料由于具有良好的电学特性,光学特性以及机械特性,在有机太阳能电池领域有着广泛的应用。采用改进的Hummers法合成了氧化石墨烯(GO)材料,将其制备成可溶液加工的GO溶液,并采用旋涂的方法沉积成GO薄膜作为阳极缓冲层,制备了结构为ITO/GO/PCDTBT:PC71BM/LiF/Al的器件。以GO薄膜作为阳极缓冲层的器件,可溶液加工,制备工艺简单,更有利于实现大面积生产。GO溶液呈酸碱中性,不会像PEDOT:PSS一样侵蚀阳极材料。而且GO的引入一定程度上降低了阳极ITO与PCDTBT之间的能垒高度,有利于空穴的提取。从而器件获得了与以PEDOT:PSS为缓冲层的器件相当的效率。本文通过上述两个实验,探索了阳极界面修饰层对有机聚合物太阳能电池性能的影响,并针对目前常用的阳极界面修饰层的不足,提出了解决方案,成功制备了低成本高性能的器件,为实现有机太阳能电池的商业化应用提供了参考。
【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

【参考文献】