高开路电压聚合物太阳电池的制备与性能研究
发布时间：2022-01-09 15:56
在科学技术飞速发展的今天,能源问题一直是人们关注的焦点之一,开发出一种清洁高效的能源则是解决能源问题的重要途径。在过去的数十年的探索中,能够直接将太阳能转化为电能的太阳电池技术已经被证明是能源危机的重要解决方法。在太阳电池研究领域中,具有低成本,易加工,质量轻和柔性等优势的聚合物太阳电池已经引起了广泛关注。虽然聚合物太阳电池有着独一无二的潜力,但要实现其大规模的商业化应用,仍有数个关键的问题需要攻克。其中最为迫切的一项则是如何实现其光电转换效率（power conversion efficiency,PCE）的突破。在影响聚合物太阳电池PCE的几项因素中,电池器件的开路电压(Voc)对PCE的影响尤为明显。因此,通过制备具有高Voc的聚合物太阳电池实现其效率的突破是一项重要的研究方向。本文就该方向开展了深入的研究,选用了多种不同体系和结构的给受体,制备了具有高开路电压的聚合物太阳电池,工作内容主要包括以下三部分:在第二章中,我们选用了一种基于二氟苯并噁二唑结构的深HOMO（Highest Occupied Molecular Orbital,...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚合物太阳电池应用场景早在1986年，邓青云博士报道了一种以双层结构染料光伏器件为核心的聚
图 1-2 美国 NREL 发布的 2019 年各类光伏电池的最高认证效率[24]1.2 聚合物太阳电池的基本理论1.2.1 聚合物太阳电池的结构聚合物太阳电池是一种可以吸收太阳光照，并将太阳能其转化为电能的装置，其主要结构包括阴阳电极和有机吸光层（又称活性层），其中最核心的部分就是活性层。除去基本的电极层和活性层以外，研究者们还会将具有一定能级的界面层引入到电池器件的电极和活性层中间来调整能垒和改善界面接触[11,25-29]。此外，根据阴阳电极的方向不同，聚合物太阳电池又可以分为正装器件和倒装器件，其结构示意图如图 1-3 所示。我们将使用经氧化铟氧化锡溅射处理的导电玻璃（ITO玻璃）作为阳极，具有较低功函数的材料（如 Ca、Al、Ag 等）作为阴极的电池器件定义为正装器件。而在 ITO 玻璃上引入一层具有电子传输特性的材料(如
图 1-3 聚合物太阳电池 (a) 正装与 (b) 倒装结构单层器件结构是聚合物太阳电池最早使用的结构，即将单一有机半导体材料夹在阴阳电极之间，利用电极间的内建电场以及功函数差分离和抽取激子分解形成的空穴和电子，通常也被称为 Schottky 器件。该结构具有简单易于制备的特点，早期的聚合物太阳电池研究都是基于该结构开展的。但该结构也存在着吸收光谱覆盖窄，双分子复合损失严重等缺陷，使得器件的能量转换效率较低[30]。双层器件结构则是将 p 型和 n 型有机半导体材料依次沉积形成两层紧密贴合的活性层的器件结构。在该结构下，激子能够较为有效地进行分离。同时，由于采用两种不同的材料可以提供更广的吸光范围，对光照的利用更为充分。但双层器件结构由于只存在一层给受体界面，故只有界面两侧约 15nm 处的激子能够在复合前扩散到界面进行实现电子和空穴的分离。因此该结构仍然存在着较大的复合损失和较低的量子效率，器件的能量转换效率无法达到较为理想的水平[31]。体异质结器件结构是将给受体材料共混后直接加工成共混膜作为器件活性
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fluorination vs. chlorination: a case study on high performance organic photovoltaic materials[J]. Yun Zhang,Huifeng Yao,Shaoqing Zhang,Yunpeng Qin,Jianqi Zhang,Liyan Yang,Wanning Li,Zhixiang Wei,Feng Gao,Jianhui Hou. Science China（Chemistry）. 2018(10)
[2]Side-chain fluorination on the pyrido[3,4-b]pyrazine unit towards efficient photovoltaic polymers[J]. Tao Wang,Liuliu Feng,Jun Yuan,Lihui Jiang,Wei Deng,Zhi-Guo Zhang,Yongfang Li,Yingping Zou. Science China（Chemistry）. 2018(02)
[3]水/醇溶共轭聚合物界面材料及其在光电器件中的应用[J]. 张凯,黄飞,曹镛. 高分子学报. 2017(09)
本文编号：3579013
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚合物太阳电池应用场景早在1986年，邓青云博士报道了一种以双层结构染料光伏器件为核心的聚
图 1-2 美国 NREL 发布的 2019 年各类光伏电池的最高认证效率[24]1.2 聚合物太阳电池的基本理论1.2.1 聚合物太阳电池的结构聚合物太阳电池是一种可以吸收太阳光照，并将太阳能其转化为电能的装置，其主要结构包括阴阳电极和有机吸光层（又称活性层），其中最核心的部分就是活性层。除去基本的电极层和活性层以外，研究者们还会将具有一定能级的界面层引入到电池器件的电极和活性层中间来调整能垒和改善界面接触[11,25-29]。此外，根据阴阳电极的方向不同，聚合物太阳电池又可以分为正装器件和倒装器件，其结构示意图如图 1-3 所示。我们将使用经氧化铟氧化锡溅射处理的导电玻璃（ITO玻璃）作为阳极，具有较低功函数的材料（如 Ca、Al、Ag 等）作为阴极的电池器件定义为正装器件。而在 ITO 玻璃上引入一层具有电子传输特性的材料(如
图 1-3 聚合物太阳电池 (a) 正装与 (b) 倒装结构单层器件结构是聚合物太阳电池最早使用的结构，即将单一有机半导体材料夹在阴阳电极之间，利用电极间的内建电场以及功函数差分离和抽取激子分解形成的空穴和电子，通常也被称为 Schottky 器件。该结构具有简单易于制备的特点，早期的聚合物太阳电池研究都是基于该结构开展的。但该结构也存在着吸收光谱覆盖窄，双分子复合损失严重等缺陷，使得器件的能量转换效率较低[30]。双层器件结构则是将 p 型和 n 型有机半导体材料依次沉积形成两层紧密贴合的活性层的器件结构。在该结构下，激子能够较为有效地进行分离。同时，由于采用两种不同的材料可以提供更广的吸光范围，对光照的利用更为充分。但双层器件结构由于只存在一层给受体界面，故只有界面两侧约 15nm 处的激子能够在复合前扩散到界面进行实现电子和空穴的分离。因此该结构仍然存在着较大的复合损失和较低的量子效率，器件的能量转换效率无法达到较为理想的水平[31]。体异质结器件结构是将给受体材料共混后直接加工成共混膜作为器件活性
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fluorination vs. chlorination: a case study on high performance organic photovoltaic materials[J]. Yun Zhang,Huifeng Yao,Shaoqing Zhang,Yunpeng Qin,Jianqi Zhang,Liyan Yang,Wanning Li,Zhixiang Wei,Feng Gao,Jianhui Hou. Science China（Chemistry）. 2018(10)
[2]Side-chain fluorination on the pyrido[3,4-b]pyrazine unit towards efficient photovoltaic polymers[J]. Tao Wang,Liuliu Feng,Jun Yuan,Lihui Jiang,Wei Deng,Zhi-Guo Zhang,Yongfang Li,Yingping Zou. Science China（Chemistry）. 2018(02)
[3]水/醇溶共轭聚合物界面材料及其在光电器件中的应用[J]. 张凯,黄飞,曹镛. 高分子学报. 2017(09)
本文编号：3579013
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3579013.html
