基于PCE10与窄带隙受体的半透明有机太阳能电池的制备研究

发布时间：2020-07-02 06:18

【摘要】：半透明有机太阳能电池被认为是最有可能在将来的建筑光伏一体化领域被应用的一种光伏器件。因此,半透明有机太阳能电池在近几年发展非常快。半透明器件的本质是充分利用近红外区域太阳辐射的吸收并透过人类视觉最敏感的400-600 nm的光。在非富勒烯体系下的有机太阳能电池研究领域内,为了使具有合理的可见光透明性的有机太阳能电池具有高透光率和高能量转化效率,在近红外区域具有强吸收的光伏材料是必不可少的。因此,我们合成了一个新型的适合半透明有机太阳能电池的窄带隙受体材料,将其命名为ITA1。又选取了两个同样适合半透明器件的窄带隙受体材料,分别是ITVIC和ITVffIC。将三个受体与PCE10给体进行匹配制备拥有高光电效率和良好透光率的半透明器件。我们通过制备非透明器件并对器件进行优化,探究使用三种不同活性层所制备的器件的最优能量转换效率,并对相关器件数据、活性层形貌、活性层载流子迁移率等特性进行表征。将器件顶部不透明的铝电极替换成透明超薄Ag电极来实现器件的半透明化,之后我们研究了不同Ag厚度下器件的效率和透过率。在本文的研究中,PCE10:ITA1活性层在非透明器件下表现出的最高效率为7.37%,半透明器件的最优效率具有6.29%。在Ag电极厚度为10 nm时,器件的效率为5.45%,在可见光区域内平均透过率为31.48%,依据透过光谱计算得到的透过光色CIE坐标为(0.2818,0.3062),这表明器件显示出了较好的颜色中性。PCE10:ITVIC活性层在非透明电极的器件下最高的效率可以达到6.36%,其半透明器件最优效率为5.97%。在Ag厚度为10 nm时,器件的效率为4.85%,可见光平均透过率为34.15%,透过光的CIE色坐标为(0.2709,0.2901)。以PCE10:ITVffIC作为活性层的非透明器件的效率是9.49%,半透明器件最优效率是8.34%。在Ag电极的厚度为10 nm时,器件的效率为7.30%,可见光平均透过率是36.05%,透过光的CIE色坐标为(0.2839,0.2961)。使用新型的受体ITA1制备的半透明器件效率和透光率都还有改进提升的空间,而选取的受体ITVffIC的半透明器件则具有了比较优秀的效率和透光率,这表明在近红外区域吸收强烈的窄带隙受体ITVffIC有应用到半透明有机太阳能电池器件的可能性。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
【图文】：

太阳能电池,测试系统,量子转换效率

图１－２典型的太阳能电池测试系统［３２］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ａｔ＞＾ｐｉｃａｌ邋ｓｅｔｕｐ邋ｆｏｒ邋ｓｏｌａｒ－ｃｅｌｌ邋ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ＾３２１．逡逑在一般的器件测试中，测试系统见图１－２，模拟阳光都取ＡＭ邋１．５，即是１００邋ｍＷ逡逑ｃｎＴ２。将这一数值代入上述公式后，能量转换效率ＰＣＥ即等于填充因子、短路电逡逑流密度和开路电压三者相乘。逡逑外量子转换效率ＥＱＥ：逡逑外量子转换效率ＥＱＥ是Ｅｘｔｅｒｎａｌ邋Ｑｕａｎｔｕｍ邋Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ的简称，也可以叫做入射逡逑光子－电子转换效率邋ＩＰＣＥ邋（Ｉｎｃｉｄｅｎｔ邋Ｐｈｏｔｏｎ邋ｔｏ邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）。它所逡逑４逡逑

等效电路图,太阳能电池,等效电路,并联电阻

Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ邋ｃｉｒｃｕｉｔ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｅｌｌｓ．逡逑串联电阻兄：逡逑在等效电路图中，见图１－３，串联电阻基本是载流子在传输时受到的阻碍。当逡逑电压接近开路电压Ｉ，曲线接近线性曲线，串联电阻既可以由斜率的倒数推逡逑导而得：逡逑（１邋Ｖ１逡逑（１－５）逡逑并联电阻兄ｈ逡逑同样的，并联电阻等同与电池自身的电阻，也就是负载。在电压接近0Ｖ，逡逑曲线近乎线性曲线，此时并联电阻可以用斜率的倒数推得：逡逑（１邋Ｖ１逡逑－邋（１－６）逡逑－逦５逡逑

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