聚合物/富勒烯有机太阳能电池微纳结构调控及性能退化研究

发布时间：2022-02-15 13:52

　　有机太阳能电池作为第三代太阳能电池的一种,具有易制备、重量轻、成本低、柔性强和环境友好等优点,近年来得到了快速发展。为了更好的优化有机太阳能电池性能并最终实现其商业化应用,其中有两个关键技术参数有待提升:能量转换效率和稳定性。提高器件能量转换效率核心在于如何充分利用太阳光谱中的能量,包括对材料光吸收、激子解离和载流子输运等光物理特性研究;而大部分关于器件稳定性的工作则是集中在各种应力作用下的退化现象和退化机制探索。相对而言,除了需要继续提升光伏器件效率和延长器件使用寿命外,还需要深入讨论其器件工作过程及退化物理机制,为解决上面两个关键科学问题提供借鉴。本论文选择聚合物/富勒烯为研究体系,通过多种手段调控共混薄膜中的微纳结构,分析了器件在热应力下的激子动力学过程等光物理特性,建立了微纳结构与电池性能退化的定性关联,进一步研究了小分子交联剂对有机光伏器件高温下性能退化的抑制作用,以及后溶剂浸润处理方法对三元聚合物太阳能电池器件形貌的优化。工作主要以提升器件性能和制备热稳定光伏器件为核心目标,以调控形貌为研究重点,以探究器件性能退化机理为落脚点,借以器件制备技术,形貌表征手段,时间分辨光谱学... 

【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校

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【学位级别】：博士

【图文】：

图１－１美国国家能源部可再生能源实验室（ＮＲＥＬ）?２０１９年最新太阳能电池效率［３１］??材料在溶液中的聚集状态强烈的依赖于溶液温度，这一特点赋予了它特殊的加工??

从而实现了更高的光伏转换效率。这是目前为止报道的有机太阳能电池??性能最高纪录，极大地缩短了与其他光伏产业的差距。??如图１－１所示［３１］，随着各种器件结构和新材料的开发，有机太阳能电池效率??从丨％提高到１７％，已经跨过了商业化的应用标准。因此，下一步研宄的重点己??经逐渐转向器件稳定性研宄和优化大面积加工工艺。目前器件稳定性的研宂滞后??于器件效率，并且降低制造成本也是一项艰巨的任务。政府，学术界和工业界也??一直努力推动有机太阳能电池的产业化进程，相信其产业化在不久的将来能够实??现。??１．３有机太阳能电池的工作原理和性能参数??有机太阳能电池是一种使用有机材料将入射光子转化为自由载流子的特殊??半导体二极管。在传统无机半导体材料中，其电荷载流子是非局域化的，非常容??易在形成的价带与导带中传输，通常能隙在１到２ｅＶ之间（例如，Ｓｉ为１．１?ｅＶ，??（ａ）?，?（ｂ）?????￣＂＊＊＊＊－？＾ｌ?Ｃｈａｒｇｅ?ｔｒａｎｓｆｅｒ??ｉ＼ｉｒ＼Ｋｅ?？?〇??〇?／ｆ〇＼ｆＱ?０？＼?＂Ｚ??Ｕ?Ｐｏｌｙｍｅｒ??Ｐｏｌｙｍｅｒ?Ａｃｃｅｐｔｅｒ?ｐｈａｃ?：??图１－２?（ａ）

本体异质结结构是目前主流的有机太阳能电池结构，主要包括：正置结构和??倒置结构。通常有机太阳能电池结构依次包括透明导电衬底、空穴（电子）传输??层、有机活性层、电子（空穴）传输层、金属电极。如图１－４所示［３６］。??正Ｓ?倒置??Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ?Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??图１－４有机太阳能电池器件正置结构和倒置结构??传统的玻璃基底透明电极是掺锡氧化铟（ＩＴＯ），而基于柔性基底的透明电极??一般包括高分子导电材料，石墨烯，纳米银线，金属网格等。界面传输层（缓冲??层）实际上是实现高效聚合物太阳能电池的关键，主要是为了改善电荷的收集和??提取，也是为了提高器件的整体性能。根据用途，它可以分为电子传输层和空穴??传输层。空穴传输层通常采用ｐｍ）〇Ｔ：Ｐｓｓ，同时由于其具有高导电性，也可以??被用来做柔性衬底的电极材料。然而，ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ水溶液通常呈酸性，对透明??１０??

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3626744