金属氧化物界面层调控对聚合物太阳能电池性能的影响
发布时间：2021-10-23 00:47
有机聚合物太阳能电池具备重量轻、柔性度高、制备成本低廉、可适用于溶液加工和对环境影响较小等特点,在柔性穿戴、光伏建筑一体化等方面具有良好的应用潜力,因而受到人们关注。当今聚合物太阳能电池的劣势之一在于其光电转换效率还比较低,而界面工程是解决其性能低的一种有效手段。研制出具有适当的电荷选择能力并与光活性层材料能级匹配的界面材料,对进一步提高有机聚合物太阳能电池的效率和稳定性具有重要意义。为此,本论文选用典型的金属氧化物ZnO作为有机聚合物太阳能电池中的界面材料,进一步优化其制备工艺,使得相应器件的光电转换效率得到了提升,具体工作如下:（1）研究了掺杂有机电子传输材料PFN对ZnO前驱体溶液改性对聚合物太阳能电池器件的光电转化效率的影响。结果显示:当在ZnO前驱体溶液中掺加0.4%的PFN时,器件的平均光电转化效率最高,达到了8.71%。还研究ZnO前驱体溶液溶胶-凝胶反应温度对该溶液光学特性和对应的聚合物太阳能电池器件光电转化效率的影响。结果显示:在15 oC进行溶胶-凝胶反应的ZnO前驱体溶液制备的ZnO电子传输层相对应的聚合物太阳能电池器件光电转化效率最佳,为9...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
012-2018全球可再生能源发电量年增长来源示意图[1]
电子科技大学硕士学位论文4究的共轭聚合物包括聚噻吩[117]、聚苯撑乙烯[118]、聚芴[18,119]、聚卡唑[19,120]和聚苯并二噻吩[121]等，而用于有机光伏器件的小分子有机半导体材料包括富勒烯及其衍生物[122]、酞菁[123]、苝衍生物[124]和近年来兴起的稠环电子受体[125-130]等。共轭有机分子中理想的可见光吸收和电荷传输特性来自于不饱和原子（主要是碳）之间的p键网络。分子共轭部分的碳原子利用三个sp2轨道形成强s键，而垂直于分子平面的p轨道能够形成p键，p键的局域化程度不如强s键。多个原子间的共轭增加允许p轨道的离域（在共轭聚合物中，这通常延伸超过2-10个重复单元），这可以为电荷的传导提供支持。(a)（b）图1-3半导体材料中的激子传输模型。(a)无机半导体中的Mott-Wannier激子；(b)有机半导体中的Frenkel激子有机电子材料中经过光吸收后形成激子。激子是一个准粒子，由最低未占据分子轨道（lowestunoccupiedmolecularorbital，LUMO）中的电子和最高占据分子轨道（highestoccupiedmolecularorbital，HOMO）中的空穴组成。有机半导体与无机半导体的主要区别在于电荷载流子的局域化程度更高，异性电荷之间的库仑力吸引更强。在无机晶体材料中，分子键相对较强。而在有机材料中，分子轨道的局域
电子科技大学硕士学位论文6（2）激子扩散产生的激子在给体内部扩散到给体和受体材料的界面处。如果扩散距离离界面太远，则会产生激子衰变或电荷载流子复合。与上下堆叠的双层结构相比，给体受体材料混合的体异质结减少了扩散长度LD，并降低了激子的衰减率。理想情况下，两相的尺寸应在小于4-20nm的激子扩散长度LD的范围内。（3）激子解离激子在给体和受体材料的界面处，受到内建电场或外加电场作用解离成自由电子和空穴。（4）电荷载流子传输与收集自由电荷载流子由内部电场分开，该内部电场由功函数不同的电极产生。它们通过给体和受体材料传输，电子在阴极被收集，空穴在阳极被收集。光电流是通过直接短路或对外部电路施加负载而产生的。图1-4有机太阳能电池的工作机制示意图。(a)激子产生；(b)激子扩散；(c)激子解离；(d)电荷载流子传输与收集
【参考文献】：
期刊论文
[1]Printable SnO2 cathode interlayer with up to 500 nm thickness-tolerance for high-performance and large-area organic solar cells[J]. Yiming Bai,Chunyan Zhao,Shuai Zhang,Shaoqing Zhang,Runnan Yu,Jianhui Hou,Zhan’ao Tan,Yongfang Li. Science China（Chemistry）. 2020(07)
[2]通过水处理PEDOT:PSS制备效率超过16.7%的有机太阳电池（英文）[J]. 李其聪,孙阳,杨诚,刘孔,Md. Rasidul Islam,李龙,王智杰,曲胜春. Science Bulletin. 2020(09)
[3]Progress of the key materials for organic solar cells[J]. Yang Tong,Zuo Xiao,Xiaoyan Du,Chuantian Zuo,Yuelong Li,Menglan Lv,Yongbo Yuan,Chenyi Yi,Feng Hao,Yong Hua,Ting Lei,Qianqian Lin,Kuan Sun,Dewei Zhao,Chunhui Duan,Xiangfeng Shao,Wei Li,Hin-Lap Yip,Zhengguo Xiao,Bin Zhang,Qingzhen Bian,Yuanhang Cheng,Shengjian Liu,Ming Cheng,Zhiwen Jin,Shangfeng Yang,Liming Ding. Science China（Chemistry）. 2020(06)
[4]效率超过17.2%类合金模型的三元聚合物太阳能电池（英文）[J]. 安桥石,王健,高威,马晓玲,胡拯豪,高进华,徐春雨,郝明辉,张晓俐,杨楚罗,张福俊. Science Bulletin. 2020(07)
[5]17.1%-Efficiency organic photovoltaic cell enabled with two higher-LUMO-level acceptor guests as the quaternary strategy[J]. Kun Li,Yishi Wu,Xuemei Li,Hongbing Fu,Chuanlang Zhan. Science China（Chemistry）. 2020(04)
[6]有机太阳电池效率突破18%（英文）[J]. 刘启世,江宇凡,金柯,秦建强,许金桂,李文婷,熊骥,刘金凤,肖作,孙宽,杨上峰,张小涛,丁黎明. Science Bulletin. 2020(04)
[7]界面优化实现寿命超过20年的有机太阳电池（英文）[J]. 徐翔,肖经洋,张桂传,韦拢,焦学琛,叶轩立,曹镛. Science Bulletin. 2020(03)
[8]Achieving over 16% efficiency for single-junction organic solar cells[J]. Baobing Fan,Difei Zhang,Meijing Li,Wenkai Zhong,Zhaomiyi Zeng,Lei Ying,Fei Huang,Yong Cao. Science China（Chemistry）. 2019(06)
[9]Efficient organic-inorganic hybrid cathode interfacial layer enabled by polymeric dopant and its application in large-area polymer solar cells[J]. Sheng Dong,Kai Zhang,Xiang Liu,Qingwu Yin,Hin-Lap Yip,Fei Huang,Yong Cao. Science China（Chemistry）. 2019(01)
[10]ZnO胶体的可见发射和表面修饰特性[J]. 吕树臣,宋国利,张家骅,宋宏伟,黄世华. 光谱学与光谱分析. 2003(06)
本文编号：3452141
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
012-2018全球可再生能源发电量年增长来源示意图[1]
电子科技大学硕士学位论文4究的共轭聚合物包括聚噻吩[117]、聚苯撑乙烯[118]、聚芴[18,119]、聚卡唑[19,120]和聚苯并二噻吩[121]等，而用于有机光伏器件的小分子有机半导体材料包括富勒烯及其衍生物[122]、酞菁[123]、苝衍生物[124]和近年来兴起的稠环电子受体[125-130]等。共轭有机分子中理想的可见光吸收和电荷传输特性来自于不饱和原子（主要是碳）之间的p键网络。分子共轭部分的碳原子利用三个sp2轨道形成强s键，而垂直于分子平面的p轨道能够形成p键，p键的局域化程度不如强s键。多个原子间的共轭增加允许p轨道的离域（在共轭聚合物中，这通常延伸超过2-10个重复单元），这可以为电荷的传导提供支持。(a)（b）图1-3半导体材料中的激子传输模型。(a)无机半导体中的Mott-Wannier激子；(b)有机半导体中的Frenkel激子有机电子材料中经过光吸收后形成激子。激子是一个准粒子，由最低未占据分子轨道（lowestunoccupiedmolecularorbital，LUMO）中的电子和最高占据分子轨道（highestoccupiedmolecularorbital，HOMO）中的空穴组成。有机半导体与无机半导体的主要区别在于电荷载流子的局域化程度更高，异性电荷之间的库仑力吸引更强。在无机晶体材料中，分子键相对较强。而在有机材料中，分子轨道的局域
电子科技大学硕士学位论文6（2）激子扩散产生的激子在给体内部扩散到给体和受体材料的界面处。如果扩散距离离界面太远，则会产生激子衰变或电荷载流子复合。与上下堆叠的双层结构相比，给体受体材料混合的体异质结减少了扩散长度LD，并降低了激子的衰减率。理想情况下，两相的尺寸应在小于4-20nm的激子扩散长度LD的范围内。（3）激子解离激子在给体和受体材料的界面处，受到内建电场或外加电场作用解离成自由电子和空穴。（4）电荷载流子传输与收集自由电荷载流子由内部电场分开，该内部电场由功函数不同的电极产生。它们通过给体和受体材料传输，电子在阴极被收集，空穴在阳极被收集。光电流是通过直接短路或对外部电路施加负载而产生的。图1-4有机太阳能电池的工作机制示意图。(a)激子产生；(b)激子扩散；(c)激子解离；(d)电荷载流子传输与收集
【参考文献】：
期刊论文
[1]Printable SnO2 cathode interlayer with up to 500 nm thickness-tolerance for high-performance and large-area organic solar cells[J]. Yiming Bai,Chunyan Zhao,Shuai Zhang,Shaoqing Zhang,Runnan Yu,Jianhui Hou,Zhan’ao Tan,Yongfang Li. Science China（Chemistry）. 2020(07)
[2]通过水处理PEDOT:PSS制备效率超过16.7%的有机太阳电池（英文）[J]. 李其聪,孙阳,杨诚,刘孔,Md. Rasidul Islam,李龙,王智杰,曲胜春. Science Bulletin. 2020(09)
[3]Progress of the key materials for organic solar cells[J]. Yang Tong,Zuo Xiao,Xiaoyan Du,Chuantian Zuo,Yuelong Li,Menglan Lv,Yongbo Yuan,Chenyi Yi,Feng Hao,Yong Hua,Ting Lei,Qianqian Lin,Kuan Sun,Dewei Zhao,Chunhui Duan,Xiangfeng Shao,Wei Li,Hin-Lap Yip,Zhengguo Xiao,Bin Zhang,Qingzhen Bian,Yuanhang Cheng,Shengjian Liu,Ming Cheng,Zhiwen Jin,Shangfeng Yang,Liming Ding. Science China（Chemistry）. 2020(06)
[4]效率超过17.2%类合金模型的三元聚合物太阳能电池（英文）[J]. 安桥石,王健,高威,马晓玲,胡拯豪,高进华,徐春雨,郝明辉,张晓俐,杨楚罗,张福俊. Science Bulletin. 2020(07)
[5]17.1%-Efficiency organic photovoltaic cell enabled with two higher-LUMO-level acceptor guests as the quaternary strategy[J]. Kun Li,Yishi Wu,Xuemei Li,Hongbing Fu,Chuanlang Zhan. Science China（Chemistry）. 2020(04)
[6]有机太阳电池效率突破18%（英文）[J]. 刘启世,江宇凡,金柯,秦建强,许金桂,李文婷,熊骥,刘金凤,肖作,孙宽,杨上峰,张小涛,丁黎明. Science Bulletin. 2020(04)
[7]界面优化实现寿命超过20年的有机太阳电池（英文）[J]. 徐翔,肖经洋,张桂传,韦拢,焦学琛,叶轩立,曹镛. Science Bulletin. 2020(03)
[8]Achieving over 16% efficiency for single-junction organic solar cells[J]. Baobing Fan,Difei Zhang,Meijing Li,Wenkai Zhong,Zhaomiyi Zeng,Lei Ying,Fei Huang,Yong Cao. Science China（Chemistry）. 2019(06)
[9]Efficient organic-inorganic hybrid cathode interfacial layer enabled by polymeric dopant and its application in large-area polymer solar cells[J]. Sheng Dong,Kai Zhang,Xiang Liu,Qingwu Yin,Hin-Lap Yip,Fei Huang,Yong Cao. Science China（Chemistry）. 2019(01)
[10]ZnO胶体的可见发射和表面修饰特性[J]. 吕树臣,宋国利,张家骅,宋宏伟,黄世华. 光谱学与光谱分析. 2003(06)
本文编号：3452141
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