界面修饰和器件结构对有机太阳能电池的影响研究

发布时间：2017-08-11 02:26

  本文关键词：界面修饰和器件结构对有机太阳能电池的影响研究

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【摘要】：有机太阳电池具有无可媲美的全固态、柔性大面积、低成本制备等突出优点,目前成为国际上清洁可再生能源研究领域的一个重点研究方向。有机太阳电池的器件结构中,电池活性层和电极之间的相界面结合态会直接决定器件的效率和稳定性。因此,界面工程成为了提升有机太阳电池光电转换效率的有效途径和关键因素。本文通过选择界面修饰材料、改进器件结构及优化器件工艺,实现有机太阳能电池器件性能的提高。本论文具体工作包含以下几个方面:(1)UV处理对基于P3HT:PCBM的有机太阳能电池性能的影响在活性层P3HT:PCBM进行热退火前,在惰性气体环境中使用UV光对活性层进行处理。根据透射电子显微镜的图像观察到活性层的聚合态尺寸在受到UV照射后增加。X射线衍射和原子力显微镜表征表明,UV照射可改善P3HT相的结晶度,并且能优化活性层的粗糙度。OPV器件性能测试的结果表明适当时间的UV光照可以提高OPV器件的性能,其中OPV器件的最大能量转换效率从3.5%提高到4.5%。(2)器件MoO_3和PEDOT:PSS作为阳极界面修饰材料对于小分子OPV的影响通过对OPV器件的活性层表面形貌、外部量子转换效率的分析和对制备的OPV器件进行性能测试,发现使用MoO_3的OPV器件的开路电压和填充因子较使用PEDOT:PSS的OPV器件均有提升。并且通过原子力显微镜AFM图像观察发现,活性层制备在MoO_3上比在PEDOT:PSS上的表面更平滑,对于OPV器件的性能有更好的提升,特别是提高了OPV器件能量转换效率。(3)器件结构对基于DIP:C60的小分子OPV性能的影响研究有机小分子太阳能电池的两种器件结构的性能差别。通过比较制备出的OPV器件性能,发现掺杂结构OPV器件的性能较佳,其能量转换效率比平面结构OPV器件高出了近43%。在此基础上,分别使用BPhen和Alq_3作为阴极缓冲层制备平面结构OPV器件和掺杂结构OPV器件。对于平面结构OPV器件,存在Alq_3的厚度最优值,其制备的OPV器件的效率比使用BPhen的OPV器件要高近24%。但是在掺杂结构OPV器件中,使用BPhen作为阴极缓冲层对于OPV器件性能的提升效果优于Alq_3。
【关键词】：有机太阳能电池 UV光处理 器件结构 界面修饰层
【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
• 专用术语注释表9-10
• 第一章 绪论10-27
• 1.1 引言10
• 1.2 太阳能电池的发展及现状10-13
• 1.3 有机太阳能电池和无机太阳能电池的差别13-14
• 1.4 有机太阳能电池的工作原理14-16
• 1.5 有机太阳能电池结构16-19
• 1.5.1 单层Schottky（肖特基）结构有机太阳能电池16-17
• 1.5.2 双层异质结有机太阳能电池17
• 1.5.3 本体异质结有机太阳能电池17-18
• 1.5.4 叠层结构有机太阳能电池18
• 1.5.5 传统正型/倒置结构有机太阳能电池18-19
• 1.6 有机太阳能电池的材料19-23
• 1.6.1 电极材料19-20
• 1.6.2 电子缓冲层和空穴传输层材料20-21
• 1.6.3 有机太阳能电池给体材料21-22
• 1.6.4 有机太阳能电池受体材料22-23
• 1.7 有机太阳能电池主要性能参数23-26
• 1.8 本论文主要内容26-27
• 第二章 UV处理对基于P3HT:PCBM的OPV性能影响27-39
• 2.1 引言27-28
• 2.2 OPV器件材料和结构28
• 2.3 OPV器件制备的步骤28-30
• 2.4 实验设备及测试仪器30-31
• 2.5 使用UV光处理OPV的活性层P3HT:PCBM31-32
• 2.6 UV光处理对OPV性能的影响32-34
• 2.7 UV光处理对OPV活性层的表面形貌和结晶度的影响34-37
• 2.8 性能仿真37-38
• 2.9 本章小结38-39
• 第三章 MoO_3和PEDOT:PSS作为阳极界面层对于小分子OPV的影响39-45
• 3.1 引言39-40
• 3.2 OPV器件结构和材料40
• 3.3 使用MoO_3作为OPV器件的阳极修饰层40-41
• 3.4 MoO_3作为阳极界面修饰材料对于OPV的影响41-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第四章 器件结构对于DIP小分子OPV性能的影响45-53
• 4.1 引言45
• 4.2 OPV器件结构和材料45-46
• 4.3 OPV器件制备的步骤46-47
• 4.4 平面结构器件和掺杂结构OPV器件的比较47-48
• 4.5 Alq_3和BPhen作为阳极修饰层对不同结构OPV器件的影响48-52
• 4.6 结论52-53
• 第五章 总结与展望53-55
• 参考文献55-60
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文60-61
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利61-62
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目62-63
• 致谢63

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