有机太阳能电池本体异质结垂直相分离的调控

发布时间：2022-10-15 17:15

　　近年来,基于有机给受体材料的单节有机本体异质结型太阳能电池的器件效率已经达到14%,其光电转换效率的提高主要得益于新型的给受体材料。通过拓宽给受体材料的吸收光谱并降低其能量损失,使得短路电流和开路电压得以提高。然而,由于有机太阳能电池的内量子效率通常难以达到90%以上,而外量子效率通常难以超过80%,导致光电流大小受到抑制,制约了效率的进一步提高。激子的产生、扩散和分离与活性层的形貌有着紧密联系,因此,可以通过优化活性层的形貌来调控器件的外量子效率和最终的器件性能。在溶液加工制备活性层薄膜过程中,受到动力学因素和热力学因素的影响,随着溶剂的挥发,给受体材料会在薄膜垂直尺度上呈现不同比例的分布,形成一定的垂直相分离梯度。而给受体材料在活性层内的分布情况,会直接影响器件的光电转换效率。本论文中,我们通过改变与活性层接触的界面材料的表面能大小以及通过连续旋涂方式,来调控活性层的垂直相分离结构。首先,研究了离子液体改性后的PEDOT:PSS薄膜的导电率和功函数的变化,探索高性能的界面材料需要满足的基本性质。发现随着离子液体掺杂浓度的增加,改性后的PEDOT:PSS薄膜的表面功函数会明显下降,降... 

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 概述
    1.2 有机太阳能电池
        1.2.1 有机太阳能电池的结构及基本工作原理
        1.2.2 有机太阳能电池的基本性能参数
        1.2.3 太阳能电池的结构发展历程
        1.2.4 有机太阳能电池性能的进展和存在的问题
    1.3 有机太阳能电池活性层的形貌研究
        1.3.1 有机太阳能电池活性层的垂直相分离
        1.3.2 界面材料诱导本体异质结活性层垂直相分离结构
        1.3.3 连续旋涂法构筑不同垂直相分离结构的本体异质结型有机太阳能电池
        1.3.4 连续旋涂法构筑给受体双层准平面异质结有机太阳能电池
    1.4 本论文工作的选题与切入点
第2章 PEDOT:PSS空穴传输层导电率及功函数的优化及应用于有机太阳能电池的研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料及试剂
        2.2.2 实验仪器与表征手段
        2.2.3 实验部分
    2.3 实验结果与讨论
        2.3.1 m-PEDOT:PSS界面层组成与形貌分析
        2.3.2 m-PEDOT:PSS导电率和功函数
        2.3.3 器件性能研究
    2.4 本章小结
第3章 含氯自组装小分子的三重偶极作用及应用于有机太阳能电池的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料及试剂
        3.2.2 实验仪器与表征手段
        3.2.3 实验部分
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 ITO透明电极预处理
        3.3.2 SASMs的分子结构和性质
        3.3.3 不同物理方法处理后的ITO/SASMS电极表面性能研究
        3.3.4 Cl-SASMs对ITO的作用机理分析
        3.3.5 基于ITO/SASMs的有机太阳能电池器件性能研究
    3.4 本章小结
第4章 有机本体异质结活性层垂直相分离的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料及试剂
        4.2.2 实验仪器与表征手段
        4.2.3 实验部分
    4.3 实验结果与讨论
        4.3.1 CBSC处理后的ITO表面吸附研究
        4.3.2 界面材料表面能诱导活性层本体异质结垂直相分离的研究
        4.3.3 不同垂直相分离结构的本体异质结活性层的性质和器件性能
        4.3.4 连续旋涂法制备不同垂直相分离梯度的本体异质结活性层.
    4.4 本章小结
第5章 连续旋涂法制备给受体双层准平面异质结有机太阳能电池
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验原料及试剂
        5.2.2 实验仪器与表征手段
        5.2.3 实验部分
    5.3 实验结果与讨论
        5.3.1 活性层给受体材料与正交溶剂的选取及器件的可加工性研究
        5.3.2 给受体双层准平面异质结有机太阳能电池器件性能的研究
        5.3.3 给受体双层准平面异质结薄膜的光学性能和形貌研究
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Ternary organic solar cells offer 14% power conversion efficiency[J]. Zuo Xiao,Xue Jia,Liming Ding.  Science Bulletin. 2017(23)



本文编号：3691710