有机添加剂对聚合物太阳能电池光伏性能影响的研究

发布时间：2017-08-30 04:20

  本文关键词：有机添加剂对聚合物太阳能电池光伏性能影响的研究

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【摘要】：有机太阳能电池(Organic solar cell)是最有发展前景的新一代光伏技术,大量的研究者已经在此研究上倾注许多心血,累积了许多令人鼓舞的研究成果。P3HT(聚(3-己基)噻吩):PCBM(富勒烯衍生物)是典型的体异质结聚合物太阳能电池体系之一。未经处理的P3HT:PCBM活性层的电池效率很难提高。活性层是体异质结聚合物太阳能电池中的关键层,所以本文致力于改善P3HT:PCBM体系的活性层,并进一步优化制备工艺,使光电转换效率得到了提升。主要的研究内容有以下几点:1.基于P3HT:PCBM体系,以邻二氯苯作为溶剂,1-氯-4-戊基苯(ClPB)作为添加剂,研究不同比例添加剂对活性层的影响。其中添加5%ClPB的器件性能最好。相比无添加的器件,Jsc从7.62mA/cm2提高到9.04mA/cm2,开路电压(Voc)从0.58v提升到了0.62v,填充因子(FF)从50.89%提高到了55.00%,器件光电转换效率从2.25%提升到了3.10%,提高了37%。同时,本实验还制备了一组单层体异质结倒置器件,使器件最高效率达到3.22%。2.基于P3HT:PCBM体系,以氯苯为溶剂,1-溴-4-戊基苯(BrPB)为添加剂,研究不同比例添加剂对活性层的影响。其中,BrPB添加比例为3%的电池器件性能最佳,Jsc从11.28m A/cm2增加到13.52mA/cm2,FF从47.7%提高到51.33%,Voc有少许降低,光电转换效率可达3.72%。相比无添加剂处理的聚合物太阳能电池效率提高了23%。3.本论文为了进一步研究添加剂的作用与退火的关系,以P3HT:PCBM为活性体系,以氯苯为溶剂,1-溴-4-戊基苯(BrPB)为添加剂,制备了一系列含有添加剂且不进行退火处理的器件。我们发现退火后的器件光电转换效率普遍高于未退火的器件。其中,添加3%BrPB的无退火处理聚合物太阳能电池光电转换效率为2.31%,比起有退火处理的光电转换效率3.72%,电池效率下降了37%。研究结果为增强体异质结太阳能电池性能提供了更多有效添加剂的选择,促进了体异质结太阳能电池的发展。
【关键词】：聚合物太阳能电池 溶剂添加剂 活性层
【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10-23
• 1.1 有机太阳能电池的研究背景及意义10-12
• 1.2 有机太阳能电池的发展历程12-14
• 1.3 体异质结太阳能电池溶剂添加剂的研究现状14-19
• 1.3.1 体异质结太阳能电池溶剂添加剂类型14-16
• 1.3.2 溶剂添加剂对体异质结太阳能电池活性层的作用16-19
• 1.3.2.1 提升活性层吸收16-17
• 1.3.2.2 改善活性层形貌17-19
• 1.3.2.3 改善活性层微观晶体结构19
• 1.4 薄膜特征测试概述19-21
• 1.5 本论文研究内容以及解决的问题21-23
• 第二章 有机太阳能电池的工作原理及器件结构分类23-33
• 2.1 有机太阳能电池的工作原理23-27
• 2.1.1 影响有机太阳能电池性能的主要参数24-27
• 2.2 有机太阳能电池的器件结构分类27-32
• 2.2.1 有机太阳能电池的器件结构分类28-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 基于 1-氯4戊基苯添加剂对聚合物太阳能电池性能影响的研究33-47
• 3.1 引言33-39
• 3.1.1 实验材料和器件制备工艺33-39
• 3.2 实验结果与分析39-45
• 3.2.1 活性层吸收光谱分析41-42
• 3.2.2 活性层形貌分析42-44
• 3.2.3 活性层晶体结构分析44-45
• 3.3 本章小结45-47
• 第四章 基于 1-溴4戊基苯添加剂对聚合物太阳能电池性能影响的研究47-59
• 4.1 引言47-49
• 4.1.1 实验材料和器件制备工艺47-49
• 4.2 实验结果与分析49-58
• 4.2.1 活性层吸收光谱分析53-54
• 4.2.2 活性层形貌分析54-55
• 4.2.3 活性层晶体结构分析55-57
• 4.2.4 光致发光谱测试分析57-58
• 4.3 本章小节58-59
• 第五章 总结与展望59-62
• 5.1 主要实验内容总结59-60
• 5.2 工作中存在的问题以及后续工作展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-70
• 硕士期间取得的研究成果70-71

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本文编号：757221