基于n型聚合物的有机太阳能电池形貌调控及性能研究

发布时间：2017-07-28 09:11

  本文关键词：基于n型聚合物的有机太阳能电池形貌调控及性能研究

  更多相关文章： 三元有机太阳能电池 溶剂 添加剂 退火 薄膜形态

【摘要】：有机太阳能电池因其制作成本低、质量轻、柔性可弯曲等优势受到研究者的广泛关注。但尚未达到商业化标准,主要是由光吸收不足和载流子迁移率低引起的。本论文是在传统的二元体异质结基础上,首次引入第三种n型聚合物材料F8BT拓宽电池的吸收光谱,然后通过调控活性层表面形貌提高器件的效率。本文的主要内容分为以下三个方面:首先,研究了F8BT掺杂浓度对基于PTB7:PC71BM:F8BT体异质结器件的影响。研究发现,当PTB7、PC71BM、F8BT三种材料的配比为1:1.4:0.1时,器件的效率达6.43%,比标准P7BT:PC71BM二元体异质结器件性能提高了5%。这主要是因为F8BT拓宽了器件在短波段的吸收,保证了高效的光子捕获。而且这三种材料组成的三元级联结构,能有效克服激子束缚能实现激子的高效解离。其次,研究了对二甲苯(XY)、邻二氯苯(DCB)和氯苯(CB)三种溶剂对活性层表面形貌的调控。研究发现,基于XY溶剂制备的器件效率最低。这主要归因于XY溶剂对PC71BM较低的溶解度。形成的三元体异质结薄膜有比较明显的PC71BM集群,使得激子在到达D-A界面前就发生复合现象。基于CB溶剂的活性层薄膜表面没有PC71BM集群出现,器件效率为3.67%。为了进一步改善基于CB溶剂的活性层薄膜表面形貌,我们选用DIO作为溶剂添加剂。通过该方法,我们将器件的效率由3.67%提高到6.51%。这主要是因为DIO的沸点高于主体溶剂CB,使得薄膜有充分的自组装过程,有利于形成纳米量级的连续相域。最后,分析热退火对基于PTB7:PC71BM:F8BT三元异质结有机太阳能电池的影响。研究发现,当退火温度为120℃时,器件效率提升60%。这主要归因退火使三种材料的相分离发生重排,向更加有序化过度。为了与热退火形成对比,我们还研究了溶剂退火对基于P3HT:PC71BM:F8BT三元体异质结器件的影响。结果发现,溶剂的理化参数,如溶解度参数、粘度和极性等,对电池的性能有很大影响。与没有进行溶剂退火的器件相比,甲醇退火的器件光电转换效率提高了85%。性能的大幅度提升主要归因于甲醇溶剂的高溶解度参数。
【关键词】：三元有机太阳能电池 溶剂 添加剂 退火 薄膜形态
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 有机太阳能电池的研究背景10-11
• 1.2 有机太阳能电池的基本理论11-15
• 1.2.1 有机太阳能电池的工作机理11-14
• 1.2.2 有机太阳能电池的光电性能参数14-15
• 1.3 有机太阳能电池的研究进展15-18
• 1.3.1 有机太阳能电池的发展历程15-16
• 1.3.2 三元有机太阳能电池的研究现状16-18
• 1.4 本论文的主要工作与创新18-20
• 第二章 基于F8BT的三元有机太阳能电池的研究20-31
• 2.1 引言20
• 2.2 PTB7:PC71BM体系掺杂F8BT的选材依据20-23
• 2.2.1 吸收光谱的分析20-21
• 2.2.2 电荷转移与能量传递21-23
• 2.3 实验器件制备及测试23-26
• 2.3.1 实验器件的制备流程23-26
• 2.3.2 器件的测试26
• 2.4 掺杂浓度对三元有机太阳能电池性能的影响26-30
• 2.4.1 吸收光谱的研究26-27
• 2.4.2 光伏特性的研究27-29
• 2.4.3 活性层表面形貌的研究29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 溶剂及添加剂对三元有机太阳能电池器件性能的影响31-40
• 3.1 引言31-32
• 3.2 实验器件制备及测试32
• 3.3 实验结果与讨论32-38
• 3.3.1 吸收光谱的研究33-34
• 3.3.2 光伏特性的研究34-36
• 3.3.3 活性层表面形貌的研究36-38
• 3.3.4 电荷转移与能量传递38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 退火对三元体异质结聚合物电池器件性能的影响40-55
• 4.1 引言40-41
• 4.2 热退火对三元异质结聚合物电池器件性能的影响41-46
• 4.2.1 实验器件制备及测试41
• 4.2.2 实验结果与讨论41-46
• 4.3 溶剂退火对三元异质结聚合物电池器件性能的影响46-53
• 4.3.1 实验制备及器件测试46-47
• 4.3.2 实验结果与讨论47-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第五章 总结与展望55-57
• 5.1 本论文内容的总结55-56
• 5.2 关于本课题的展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-64
• 攻读硕士学位期间取得的成果64-65

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