界面修饰对反型聚合物太阳能电池性能的影响

发布时间：2020-09-02 17:49

　　由于有机聚合物太阳能电池可以采用湿法成膜技术,制作成本低,工艺简单,加之其质轻、可形成大面积,耐弯曲等优点,可应用在建筑、汽车、服装等各类型能源领域,因而备受关注。有机太阳能电池仍处于发展阶段,制约电池性能的因素包括器件的效率和稳定性,目前研究的重点主要包括两个方面,给受体材料的合成以及界面修饰,界面修饰层主要位于活性层与电池电极之间,主要影响着载流子的传递以及电极对载流子的收集过程。本文使用界面修饰的方法改善器件的性能,并且利用界面修饰来探讨金属氧化物作为电子传输层的器件产生light soaking效应的原因。本文具体分为两个部分:首先将在正型聚合物太阳能电池中用作空穴阻挡层的有机小分子材料Bathocuproine(BCP)引入到反型的器件结构中,发现这种材料作为阴极修饰层的器件开路电压和短路电流都比较低,并且在经过臭氧处理后,器件的JV曲线变成“S”型,器件性能有大幅度的下降。因此,我们在这种结构里面加入电子传输层氧化锌(ZnO),在有了电子传输层之后,将BCP旋涂到ZnO层的上方或下方,性能相比只有BCP或者ZnO的器件都有一定的提升。将BCP与ZnO进行掺杂,得到两者的混合溶液,在P3HT:PC61BM体系中,ZnO与BCP按照1:0.5的体积比进行混合后,得到的器件性能最好,主要是因为填充因子得到了很大的提升,相比于ZnO的器件,填充因子提升了 17%,而比BCP的器件提高了 43%。并且掺杂后的这种传输层在经过臭氧处理后,器件的稳定性还是不错的。在使用金属氧化物氧化锡(Sn02)作为电子传输层的反型器件中出现了 light soaking效应,并且这种现象在暗光条件下放置是会恢复到初始状态的,在电容电压特性测量中,发现随着光照时间的变化,电容电压曲线是发生改变的,light soaking现象的产生是由于器件内部电容的变化。通过界面修饰将ITO电极与金属氧化物和金属氧化物和活性层这两个界面进行修饰,发现ITO电极与金属氧化物之间的界面并不是引起light soaking的主要原因,而活性层与金属氧化物的界面对其产生的作用更大。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM914.4
【部分图文】：

等效电路图,有机太阳能电池,等效电路,太阳能电池

－０４逦－０逦２逦００逦０邋２逦０４逡逑Ｖｏｌｔａｇｅ邋（Ｖ）逡逑图１－２聚合物太阳能电池电流密度－电压（Ｊ－Ｖ）特性曲线［２６］。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｄｅｎｓｉｔｙ邋－邋ｖｏｌｔａｇｅ邋（Ｊ－Ｖ）邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｐｏｌｙｍｅｒ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｅｌｌ［２６］．逡逑１．３．５聚合物太阳能电池的等效电路逡逑有机太阳能电池本质上是一种光激发载流子的二极管，其理想等效电路和实逡逑际等效电路如图１－３所示。理想的太阳能电池的等效电路，由一个电流源和一个逡逑二极管组成，输出电流可以表示为：逡逑Ｉ邋＝邋ＩＬ－ＩＤ＝ＩＬ＋Ｉ０（＼－ｅ＾／ｋＴ）逦（５）逡逑其中，ＩＩ为恒流源电流，即有机太阳能电池产生的光电流，Ｉｄ为流过二极管逡逑的结电流，１0为Ｐ－Ｎ结的反向饱和电流，Ｖｒ为而二极管两端的结电压，也是理逡逑想情况下，太阳能电池的输出电压，Ｔ是温度，ｋ为玻尔兹曼常数。逡逑与理想情况相比，实际中需要考虑串联电阻和并联电阻的作用，此时电池的逡逑Ｊ－Ｖ特性可表示为：逡逑ｔ邋ｒ邋Ｔ邋ｑＶｒ＋Ｉｙ．Ｒｓ邋Ｖ邋＋邋ＩｘＲ逦

示意图,活性层,掠入射,微观结构

除了上述的界面修饰层材料类型外，其他一些材料也己经被使用过。逡逑主要包括自组装单分子膜（ＳＡＭｓ）邋［５４－５７］，交联半导体共混物［５８，邋５９］，多功能逡逑量子点单层膜［６０］，无机盐［６１，６２］。图１－７是Ｂａ（0Ｈ）２作为阴极修饰层的器件结逡逑构示意图以及能级结构图。逡逑（ａ）逦ＡＩ（ｌＭｎｍ）邋＼逦ｆｌ邋＇＾０＇３＇？１邋Ｈ逡逑叫叫邋ｊ邋．４．７逦＿＿圃｜邋！逡逑■１１—ｉ逦§邋ｆ逡逑．．．Ｊ＃邋Ｉ逦－ｓ＾３＊３６逡逑（ｂ）逦，逡逑Ａ１邋（１００邋ｎｍ）逦．３．８逦－３．５２－３．６９逡逑Ｍ0０“Ｓ邋ｎｍ）逦Ｉ邋Ｈｊ邋ｚ逦0逡逑ｔｉＳＳ８３ＢＭＢＢ８Ｂ＾逦５＾７逡逑１１逡逑

结构图,退火温度,器件,薄膜

极修饰材料，研宄其对器件性能的影响。实验中采用的器件基本结构为：逡逑Ａｇ／Ｍｏ0３／Ｐ３ＨＴ：ＰＣ６１ＢＭ／ＢＣＰ／ＩＴＯ，器件的结构图、各材料能级结构和部分材料的逡逑分子结构如图３－２所示。逡逑－２．３逡逑⑷逦，７逦（ｂ）邋ｒ＾Ｌ逡逑／）邋／逦／Ｉ邋…——］逦Ｈ邋－３．５逡逑，逦５３邋Ｆ邋．逡逑、逦ＩＴＯ／ＧＩＡＳＳ逦＾逡逑－７．０逡逑１８逡逑

【参考文献】