高性能三元有机太阳能电池的设计及机理研究
发布时间：2021-02-01 11:01
有机太阳能电池作为新型光伏技术的一种,具有环保、质轻、成本低、易制备等优点,是近年来能源领域的研究热点。在众多提高器件光伏性能的策略之中,三元策略同时兼顾了单异质结电池的简单工艺和叠层器件对光子较强的捕获能力,是提升有机太阳能电池性能行之有效的方法之一。然而,三元有机太阳能电池的发展仍面临着如下问题:首先,有机太阳能电池的光电转换效率尚未达到实际应用的标准,进一步提高器件的光电转换效率是三元有机太阳能电池发展面临的首要问题;其次,三元电池中各组分材料间的相互作用对器件性能的影响十分重要,合理利用第三元组分诱导活性层的相分离和电荷动力学过程仍需进一步的深入研究;第三,有机太阳能电池的稳定性是继器件效率突破之后的另一关键问题,第三元材料的引入对器件稳定性的影响值得关注;最后,三元策略在有机太阳能电池的应用领域,如半透明有机光伏器件等方面仍需大力发展。针对上述问题,本论文通过合理地调控第三元组分与主体系分子间的相互作用,改善活性层的电学性能和微观形貌,实现高效率、高稳定性的三元有机太阳能电池。本论文主要的研究内容和创新点如下:（1）创新性地采用分子间氢键策略改善富勒烯分子的电学特性,定向地诱...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
基于PTB7-Th:PC71BM(120 nm)和PTB7-Th:PC71BM:0.5%DDO:1%DIO(80 nm)活性层的透射光谱
图6-5基于PTB7-Th:PC71BM(120 nm)和PTB7-Th:PC71BM:0.5%DDO:1%DIO(80 nm)活性层的透射光谱随后,制备了基于PTB7-Th:PC71BM:0.5%DDO:1%DIO的半透明有机太阳能电池。电池结构为ITO/ZnO(20 nm)/Active layer(80 nm)/MoO3(10 nm)/Au(1nm)/Ag(10-30nm),如图6-6所示,采用1nm的Au与不同厚度的Ag配合使用作为透明电极,一方面可以有效地抑制Ag的渗透效应,另一方面增加了低厚度下Ag薄膜的均匀性,确保形成具有良好透过率和较低电阻的连续的Ag电极。半透明器件在可见光区域(370-740 nm)的透射光谱是测量从玻璃/ITO面入射到透明电极一侧出射的光谱,如图6-7(a)所示。与近期报道的基于近红外非富勒烯受体的半透明器件不同,所有器件在可见光区域均显示适当的透射率,这表明我们工作中的半透明有机太阳能电池在400-600 nm的强烈太阳光辐射区域具有均衡的吸收率和透射率。当Ag电极的厚度为10 nm时,半透明器件在获得6.83%的PCE的同时获得了49.5%的超高AVT。进一步将Ag电极的厚度增加到20 nm,半透明器件的PCE增加到8.41%,AVT为30.8%。该结果实现了在整个可见区域内高PCE和良好的AVT的平衡。将Ag的厚度增加到30 nm,半透明器件的PCE到达了9.71%,而器件的AVT下降至15.9%。相关的器件数据列在表6-5中。
随后,制备了基于PTB7-Th:PC71BM:0.5%DDO:1%DIO的半透明有机太阳能电池。电池结构为ITO/ZnO(20 nm)/Active layer(80 nm)/MoO3(10 nm)/Au(1nm)/Ag(10-30nm),如图6-6所示,采用1nm的Au与不同厚度的Ag配合使用作为透明电极,一方面可以有效地抑制Ag的渗透效应,另一方面增加了低厚度下Ag薄膜的均匀性,确保形成具有良好透过率和较低电阻的连续的Ag电极。半透明器件在可见光区域(370-740 nm)的透射光谱是测量从玻璃/ITO面入射到透明电极一侧出射的光谱,如图6-7(a)所示。与近期报道的基于近红外非富勒烯受体的半透明器件不同,所有器件在可见光区域均显示适当的透射率,这表明我们工作中的半透明有机太阳能电池在400-600 nm的强烈太阳光辐射区域具有均衡的吸收率和透射率。当Ag电极的厚度为10 nm时,半透明器件在获得6.83%的PCE的同时获得了49.5%的超高AVT。进一步将Ag电极的厚度增加到20 nm,半透明器件的PCE增加到8.41%,AVT为30.8%。该结果实现了在整个可见区域内高PCE和良好的AVT的平衡。将Ag的厚度增加到30 nm,半透明器件的PCE到达了9.71%,而器件的AVT下降至15.9%。相关的器件数据列在表6-5中。图6-7(b)显示了Ag厚度为10、20和30 nm(从左到右)的半透明器件的实物照片。透过半透明器件,背景清晰可辨。表明所有半透明器件均具有良好的可见光透过率。基于不同电极厚度的半透明器件的J-V曲线如图6-7(c)所示,随着Ag厚度从30 nm减小到10 nm,半透明器件的JSC表现出规律性的衰减。如图6-7(d)中的EQE曲线所示,与不透明器件相比,半透明器件的EQE光谱在可见光区域显示出明显的下降,这归因于半透明器件在可见光区域良好的透过性。此外,当Ag电极的厚度减小到20 nm和10 nm时,半透明器件的EQE在300-800 nm的整个吸收范围内呈现出减小的趋势,这是因为随着Ag厚度的减薄,半透明电极的反射率降低,导致活性层对光子捕获能力的降低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]效率超过17.2%类合金模型的三元聚合物太阳能电池（英文）[J]. 安桥石,王健,高威,马晓玲,胡拯豪,高进华,徐春雨,郝明辉,张晓俐,杨楚罗,张福俊. Science Bulletin. 2020(07)
[2]有机太阳电池效率突破18%（英文）[J]. 刘启世,江宇凡,金柯,秦建强,许金桂,李文婷,熊骥,刘金凤,肖作,孙宽,杨上峰,张小涛,丁黎明. Science Bulletin. 2020(04)
本文编号：3012667
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
基于PTB7-Th:PC71BM(120 nm)和PTB7-Th:PC71BM:0.5%DDO:1%DIO(80 nm)活性层的透射光谱
图6-5基于PTB7-Th:PC71BM(120 nm)和PTB7-Th:PC71BM:0.5%DDO:1%DIO(80 nm)活性层的透射光谱随后,制备了基于PTB7-Th:PC71BM:0.5%DDO:1%DIO的半透明有机太阳能电池。电池结构为ITO/ZnO(20 nm)/Active layer(80 nm)/MoO3(10 nm)/Au(1nm)/Ag(10-30nm),如图6-6所示,采用1nm的Au与不同厚度的Ag配合使用作为透明电极,一方面可以有效地抑制Ag的渗透效应,另一方面增加了低厚度下Ag薄膜的均匀性,确保形成具有良好透过率和较低电阻的连续的Ag电极。半透明器件在可见光区域(370-740 nm)的透射光谱是测量从玻璃/ITO面入射到透明电极一侧出射的光谱,如图6-7(a)所示。与近期报道的基于近红外非富勒烯受体的半透明器件不同,所有器件在可见光区域均显示适当的透射率,这表明我们工作中的半透明有机太阳能电池在400-600 nm的强烈太阳光辐射区域具有均衡的吸收率和透射率。当Ag电极的厚度为10 nm时,半透明器件在获得6.83%的PCE的同时获得了49.5%的超高AVT。进一步将Ag电极的厚度增加到20 nm,半透明器件的PCE增加到8.41%,AVT为30.8%。该结果实现了在整个可见区域内高PCE和良好的AVT的平衡。将Ag的厚度增加到30 nm,半透明器件的PCE到达了9.71%,而器件的AVT下降至15.9%。相关的器件数据列在表6-5中。
随后,制备了基于PTB7-Th:PC71BM:0.5%DDO:1%DIO的半透明有机太阳能电池。电池结构为ITO/ZnO(20 nm)/Active layer(80 nm)/MoO3(10 nm)/Au(1nm)/Ag(10-30nm),如图6-6所示,采用1nm的Au与不同厚度的Ag配合使用作为透明电极,一方面可以有效地抑制Ag的渗透效应,另一方面增加了低厚度下Ag薄膜的均匀性,确保形成具有良好透过率和较低电阻的连续的Ag电极。半透明器件在可见光区域(370-740 nm)的透射光谱是测量从玻璃/ITO面入射到透明电极一侧出射的光谱,如图6-7(a)所示。与近期报道的基于近红外非富勒烯受体的半透明器件不同,所有器件在可见光区域均显示适当的透射率,这表明我们工作中的半透明有机太阳能电池在400-600 nm的强烈太阳光辐射区域具有均衡的吸收率和透射率。当Ag电极的厚度为10 nm时,半透明器件在获得6.83%的PCE的同时获得了49.5%的超高AVT。进一步将Ag电极的厚度增加到20 nm,半透明器件的PCE增加到8.41%,AVT为30.8%。该结果实现了在整个可见区域内高PCE和良好的AVT的平衡。将Ag的厚度增加到30 nm,半透明器件的PCE到达了9.71%,而器件的AVT下降至15.9%。相关的器件数据列在表6-5中。图6-7(b)显示了Ag厚度为10、20和30 nm(从左到右)的半透明器件的实物照片。透过半透明器件,背景清晰可辨。表明所有半透明器件均具有良好的可见光透过率。基于不同电极厚度的半透明器件的J-V曲线如图6-7(c)所示,随着Ag厚度从30 nm减小到10 nm,半透明器件的JSC表现出规律性的衰减。如图6-7(d)中的EQE曲线所示,与不透明器件相比,半透明器件的EQE光谱在可见光区域显示出明显的下降,这归因于半透明器件在可见光区域良好的透过性。此外,当Ag电极的厚度减小到20 nm和10 nm时,半透明器件的EQE在300-800 nm的整个吸收范围内呈现出减小的趋势,这是因为随着Ag厚度的减薄,半透明电极的反射率降低,导致活性层对光子捕获能力的降低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]效率超过17.2%类合金模型的三元聚合物太阳能电池（英文）[J]. 安桥石,王健,高威,马晓玲,胡拯豪,高进华,徐春雨,郝明辉,张晓俐,杨楚罗,张福俊. Science Bulletin. 2020(07)
[2]有机太阳电池效率突破18%（英文）[J]. 刘启世,江宇凡,金柯,秦建强,许金桂,李文婷,熊骥,刘金凤,肖作,孙宽,杨上峰,张小涛,丁黎明. Science Bulletin. 2020(04)
本文编号：3012667
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