杂化太阳能电池界面材料研究

发布时间：2020-04-15 23:18

【摘要】：有机无机杂化太阳能电池因其简单的制备工艺,低廉的成本,在新能源领域具有很大的研究和应用价值。近年来,包括有机太阳能电池,钙钛矿太阳能电池,硫化物太阳能电池等杂化太阳能电池已被深入研究。本论文为了优化杂化光伏器件的制备工艺和性能,基于不同界面输运材料的制备和应用研究了材料与器件性能的关系。研究了具有优良光电特性,高迁移率和适当带隙的界面输运材料,并用于太阳能电池以提高效率和稳定性。通过反应磁控溅射方法在室温下合成Cu2O纳米晶薄膜。系统研究了沉积条件对目标产物的影响,并将得到的高迁移率,单相Cu20纳米晶体薄膜其应用于聚合物太阳能电池当中。基于PTB7:PC71BM活性层的聚合物太阳能电池转换效率达到8.61%,比基于经典空穴传输材料-PEDOT:PSS的器件效率要高15%。更进一步,由共轭聚合物FBT-Th4修饰的氧化亚铜(Cu20)的空穴传输层也成功地运用于基于PffBT4T-20D:PC71BM活性层的常规结构有机太阳能电池(OSCs)中,经优化后器件显示出9.56%的高效率,并且在普通环境条件下,也显示出良好的稳定性。制备了由Ag2S纳米晶/P3HT共轭聚合物组成的异质结结构,器件表现出优异的短路电流密度,约为19 mA·cm-2,但受限于开路电压,整体效率并不高。为此,我们将低温溶液合成的SnO2纳米晶薄膜作为杂化太阳能电池的电子传输材料。基于SnO2的混合太阳能电池表现出0.28 V的开路电压,比没有SnO2的器件高0.1 V。通过真空热蒸发法制备了非化学计量比的CuxO薄膜,并将其与可溶液处理的共轭聚合物FBT-Th4结合,FBT-Th4具有优异的空穴传输性能以及化学稳定性,除此之外,CuxO薄膜具有优异的疏水特性,可提高器件的稳定性。通过器件优化,反扫效率高达18.85%,稳态效率为18.24%,迟滞效应也同样得到改善。在70-80%%高湿度条件下,钙钛矿太阳能电池的长期稳定性显着提高。通过引入了一种原位钝化缺陷的方法,即在形成钙钛矿薄膜的反溶剂过程中采用新型非富勒烯小分子(IT-4F)的方法,可有效地钝化钙钛矿薄膜的带正电荷离子缺陷。这种有效的缺陷钝化降低了电荷陷阱密度并延长了载流子复合寿命。此外,它提高了基于Li-NiOx空穴传输材料p-i-n平面器件的开路电压,将效率提高至18.3%。而且,缺陷的钝化也显著增强了在大气条件下器件的稳定性。
【图文】：

度通常小于１０邋ｎｍ，故极易弛豫至基态。我们以聚合物给体（Ｄｏｎｏｒ）和富勒烯衍逡逑生物受体（Ａｃｃｅｐｔｏｒ）组成的本体异质结（ＢＨＪ）作为研究对象。其运行机制如图逡逑１－１和图１－２所示：入射光照射ＢＨＪ有源层，受激产生激子（即gq缚电子－空穴逡逑对），其次激子向Ｄ／Ａ界面扩散。然后，给体和受体ＬＵＭＯ能级之间的能量发生逡逑偏移（Ｅｄ），促使激子克服结合能，发生分离，进而产生受体ＬＵＭＯ能级上电子逡逑以及给体ＨＯＭＯ能级上空穴。该电子与空穴分别通过给体受体（Ｄ＆Ａ）互穿网逡逑络结构，向阴极和阳极迁移，经外部电极收集，最后在闭合器件中产生光电流和逡逑光电压。Ｕ２逡逑７逡逑

逦￡．ｘｃ逦Ｊ逡逑图１－２本体异质结器件中激子分离传输供体／给体界面电荷转移态示意图２逡逑１２太阳能电池性能表征逡逑在没有外加偏压时，光电流流向ＰＮ结的反向偏压方向，而太阳能电池的净逡逑电流也流向反向偏压方向。在未加负载，即负载电阻为零时，太阳能电池处于短逡逑路状态，这种情况下的电流／称为ｆｅ路电流（Ｓｈｏｒｔ邋Ｃｉｒｃｕｉｔ邋Ｃｕｒｒｅｎｔ，，／ｓｃ），即逡逑Ｉ＝Ｉｓｃ＝Ｉｐｈ逡逑／，ｃ即为短路光电流，另一常用写法是将／，ｃ除以器件面积得出短路电流密度及．逡逑逦逦逦逦［￣￣］逦Ｏ逡逑ｒ邋士邋４邋N邋ｉ逡逑ｙ邋ｆ邋ｖ逡逑%煎义襄五五五五

本文编号：2629104