聚合物太阳能电池电子传输及三元体异质结结构研究

发布时间：2017-06-26 23:15

  本文关键词：聚合物太阳能电池电子传输及三元体异质结结构研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：聚合物太阳能电池器件因活性层因制备简单、成本低、质量轻且污染小等诸多优点而备受业界关注,已成为光伏器件市场中的后起之秀。目前聚合物太阳能电池器件研究主要集中在窄带系高吸收给体材料、给体材料能级调控、电极修饰层材料以及无毒溶剂下高效率电池制备等方面;然而对太阳能电池结构改进及优化工作的研究报道却很少,这导致太阳能电池的结构十分单一。本文基于聚合物太阳能电池的基本制备研究,改善器件结构从而优化聚合物太阳能电池性能,具体工作从以下三方面开展。第一,制备基于P3HT、PTB7给体材料的太阳能电池,太阳能电池制备过程中,研究退火温度、活性层溶剂和添加剂等因素对太阳能电池各个参数的影响。P3HT材料能实现3.32%的功率转换效率。在PTB7器件的制备中,使用了两种不同的基本结构,强调了电极修饰层对器件的重要性,使用LiF修饰材料时,器件的效率达到7.5%,BCP做空穴阻挡层时,电池能实现7.6%的效率。第二,电子传输层应用在OPV器件中的研究。通过研究电子传输层的最高占据分子轨道(HOMO)能级,阻挡空穴进入阴极,从而减少载流子淬灭,通过比较TmPyPb、TPBi、AlQ3以及LiF电极修饰材料制备的电池性能参数,5 nm的TmPyPb应用在器件中,功率转换效率能达到3.76%,相比于LiF,器件的效率提高了将近16%,开路电压提高了0.03 V。实验表明电子传输层有利于改善电池器件功率转换效率,提高开路电压,与此同时维持一个较好的串联电阻,而在加热退火的实验中,电子传输层材料有效的阻止了Li离子扩散进入活性层材料中,让电池的功率转换效率维持在一个较高的水平上。第三,研究三元体异质结太阳能电池。即给体:给体:受体(Donor:Donor:Acceptor)作为活性层,在两种给体材料(P3HT、PTB7)不同浓度比例与受体材料PC_(60)BM搭配,提高活性层的光谱吸收范围,研究给体与给体之间的能级差值、以及通过调整不同的给体材料浓度比例、使用不同溶剂以及薄膜表面粗度对器件参数的影响。实验结果表明,P3HT:PTB7:PC_(60)BM比例为0.9:0.1:0.7,溶解在邻二氯苯中,器件的效率最好,功率转化效率最高达到3.83%,开路电压为0.66V,短路电流为9.68 mA/cm~2。
【关键词】：聚合物太阳能电池 电池结构优化 不同给体材料 电子传输层 三元体异质结
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 研究背景与意义9
• 1.2 太阳能电池器件的概述9-12
• 1.2.1 聚合物太阳能电池旋涂法制备11-12
• 1.3 聚合物太阳能电池的制备工艺与研究现状12-15
• 1.3.1 聚合物太阳能电池实验设备12
• 1.3.2 聚合物太阳能电池的研究现状12-15
• 1.4 本论文研究思路15-16
• 第二章 聚合物太阳能电池的工作机理、结构及表征参数16-25
• 2.1 聚合物太阳能电池的工作机理16-18
• 2.2 聚合物太阳能电池器件的基本结构18-22
• 2.2.1 单层器件结构18
• 2.2.2 双层器件结构电池18-19
• 2.2.3 本体异质结19-20
• 2.2.4 叠层器件结构20
• 2.2.5 三元体异质结20-22
• 2.3 太阳能电池常用材料及试剂22
• 2.4 聚合物太阳能电池的主要性能参数22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 基于P3HT与PTB7制备聚合物太阳能电池25-33
• 3.1 P3HT系列太阳能电池研究25-29
• 3.1.1 P3HT:PC_(60)BM比例的影响26-27
• 3.1.2 活性层不同受体材料的影响27-28
• 3.1.3 退火温度的影响28-29
• 3.2 PTB7系列太阳能电池研究29-32
• 3.2.1 添加剂的影响29-30
• 3.2.2 退火温度的影响30-31
• 3.2.3 基于PTB7两种不同器件结构实验与分析31-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第四章 聚合物太阳能电池电子传输材料研究33-42
• 4.1 聚合物太阳能电池电子与空穴传输能力分析34-35
• 4.1.1 电子迁移率的影响35
• 4.1.2 电子传输层对开路电压与串联电阻的影响35
• 4.2 光伏器件的表征与分析35-41
• 4.2.1 电极修饰层LiF的影响36-37
• 4.2.2 电子传输材料 （ETM）应用于OPV器件实验与分析37-40
• 4.2.3 退火时间对器件效率影响分析40-41
• 4.3 本章小结41-42
• 第五章 基于P3HT:PTB7:PC_(60)BM三元体异质结电池研究42-50
• 5.1 三元体异质结器件简介42-44
• 5.1.1 P3HT:PT B7:PC_(60)BM不同比例的吸收光谱测试43-44
• 5.2 P3HT:PTB7:PC_(60)BM三元体异质结器件制备与分析44-47
• 5.2.1 不同溶剂下三元体异质结电池的制备与分析46-47
• 5.3 AFM表面形态分析47-48
• 5.4 本章小结48-50
• 第六章 总结与展望50-52
• 参考文献52-57
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文57-58
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利58-59
• 致谢59

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本文编号：487903