MoO_3作为阳极缓冲层的聚合物太阳能电池的研究

【摘要】：MoO3作为高效的阳极缓冲层广泛应用于聚合物太阳能电池中。本论文主要围绕MoO3的不同制备方法,适当改性处理,及其与其它材料复合使用对聚合物光伏器件性能的影响等几个方面来开展相应的研究工作。其结果如下： 1.MoO3与CuPc作为复合阳极缓冲层的工作 以P3HT为电子给体、以PCBM为电子受体,P3HT:PCBM体异质结作为聚合物有源层,磁控溅射法制备的M003与热蒸发制备的CuPc作为复合阳极缓冲层,制备了FTO/MoO3/CuPc/P3HT:PCBM/Al的有机太阳能电池器件。MoO3层对器件性能有重要的作用,因为良好的能带匹配性,它能有效地提取空穴来防止激子淬灭,能够有效减少界面电阻。CuPc层的引入对器件性能有较好的改善作用,因为它能进一步加宽器件的可见光吸光范围。M003和CuPc薄膜层的厚度对器件性能的影响作了研究。MoO3和CuPc薄膜层的最优厚度分别是12nm和6nm,这样,在AM1.5G,100mW/cm2的光照下得到器件的最优的光电转换效率为3.76%。 2.通过紫外臭氧处理的MoO3作为阳极缓冲层的工作 以P3HT为电子给体、以茚双加成C60的衍生物ICBA为电子受体,P3HT:ICBA体异质结作为聚合物有源层,磁控溅射法制备并用紫外臭氧进行处理的MoO3作为阳极缓冲层,以LiF作为阴极缓冲层,制备了FTO/MoO3/P3HT:ICBA/LiF/Al的有机太阳能电池器件。LiF能够有效提高电池器件的填充因子达到提高电池效率的作用。对MoO3薄膜进行紫外臭氧处理后,其表面形貌、透光率和薄膜质量能够得到较好地提高,从而有助于聚合物有机太阳能电池的性能。MoO3的最佳厚度及紫外臭氧最佳处理时间分别为12nm和15min。基于这些优化的参数,在AM1.5G,100mW/cm2的光照下得到器件的最优的光电转换效率为6.43%。 3.通过溶液法制备并用紫外退火处理的M003作为阳极缓冲层的工作 以P3HT为电子给体、以茚双加成C60的衍生物ICBA为电子受体,P3HT:ICBA体异质结作为聚合物有源层,溶液法制备并用紫外退火处理的MoO3作为阳极缓冲层,以LiF作为阴极缓冲层,制备了FTO/s-MoO3/P3HT:ICBA/LiF/Al的有机太阳能电池器件。通过热分解钼酸铵这样一种简易且成本低廉的方法来获得MoO3水溶液和S-MoO3薄膜。对S-MoO3薄膜进行三种处理方式来作对比：不退火,100℃热退火和紫外退火。发现通过紫外退火后的S-MoO3薄膜在透过率、表面形貌和薄膜质量上都得到了提高,这将有助于有机太阳能电池器件的性能。因此,基于紫外退火的S-MoO3器件性能高于不退火及热退火S-MoO3器件性能,相当甚至超过基于PEDOT:PSS器件性能。另一方面基于紫外退火的S-MoO3器件的空气稳定性略好于不退火及热退火S-MoO3器件稳定性,远好于基于PEDOT:PSS器件稳定性。 4. MoO3/Au/MoO3作为复合阳极缓冲层的工作 以P3HT为电子给体、以PCBM为电子受体,P3HT:PCBM体异质结作为聚合物有源层,MoO3/Au/MoO3作为复合阳极缓冲层,LiF作为阴极缓冲层,制备了FTO/MoO3/Au/MoO3/P3HT:PCBM/LiF/Al的有机太阳能电池器件。MoO3本身就是有效的阳极缓冲层,一层超薄的Au层的引入,可以充分利用其高功函数、高导电性,高透过率和好的化学稳定性,从而提高复合阳极缓冲层的性能,最终提高有机太阳能电池的效率及稳定性。 5.MoO3作为阳极缓冲层运用于新型聚合物体系电池的工作 以PBDTTT-C-T为电子给体、以PC71BM为电子受体, PBDTTT-C-T:PC71BM体异质结作为聚合物有源层,并在有源层中加入DIO作为添加剂,MoO3作为阳极缓冲层,LiF作为阴极缓冲层,制备了FTO/MoO3/PBDTTT-C-T:PC71BM/LiF/Al有机太阳能电池器件。这里主要是将MoO3替代参考文献中的PEDOT:PSS用在新型聚合物体系电池中尝试获得接近或高于PEDOT:PSS器件效率的效率。通过改变MoO3薄膜层的厚度来探讨最佳效率下的最优厚度。得出最佳厚度为10nm最好效率为6.13%。 【关键词】：MoO_3 复合阳极缓冲层 UV-ozone改性处理 聚合物太阳能电池 低温制备
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 论文创新点5-9
• 摘要9-12
• ABSTRACT12-15
• 引言15-17
• 第一章 绪论17-41
• 1.1 聚合物太阳能电池的研究背景17-21
• 1.2 聚合物太阳能电池的基本结构21-23
• 1.3 聚合物太阳能电池的工作原理23-28
• 1.4 聚合物太阳能电池的性能参数28-31
• 1.5 聚合物太阳能电池的常用材料31-36
• 1.6 聚合物太阳能电池的研究进展36-38
• 1.7 本篇论文的研究内容及其意义38-41
• 第二章 MoO_3与CuPc作为复合阳极缓冲层41-53
• 2.1 引言41-42
• 2.2 MoO_3与CuPc作为复合阳极缓冲层的太阳能电池结构42-43
• 2.3 MoO_3与CuPc作为复合阳极缓冲层的太阳能电池制备、表征与测试43-45
• 2.4 MoO_3与CuPc作为复合阳极缓冲层对太阳能电池性能的影响45-51
• 2.5 本章小结51-53
• 第三章 通过紫外臭氧处理的MoO_3作为阳极缓冲层53-68
• 3.1 引言53-54
• 3.2 UVO处理的MoO_3作为阳极缓冲层的太阳能电池结构54-55
• 3.3 UVO处理的MoO_3作为阳极缓冲层的太阳能电池制备、表征与测试55-57
• 3.4 UVO对MoO_3薄膜光学性能的影响57-58
• 3.5 UVO对MoO_3薄膜表面形貌的影响58-59
• 3.6 UVO对MoO_3薄膜价态组成的影响59-60
• 3.7 聚合物太阳能电池性能的分析60-67
• 3.8 本章小结67-68
• 第四章 溶液法制备紫外退火处理的MoO_3作为阳极缓冲层68-80
• 4.1 引言68
• 4.2 运用溶液法制备MoO_3薄膜68-69
• 4.3 三种退火方式对s-MoO_3薄膜性能的影响69-73
• 4.4 电池的结构73-74
• 4.5 电池的制备、表征与测试74-75
• 4.6 不同缓冲层对太阳能电池性能的影响75-77
• 4.7 不同缓冲层对太阳能电池稳定性的影响77-79
• 4.8 本章小结79-80
• 第五章 MoO_3/Au/MoO_3作为复合阳极缓冲层80-92
• 5.1 引言80
• 5.2 电池的结构80-81
• 5.3 电池的制备、表征与测试81-82
• 5.4 MoO_3/Au/MoO_3作为复合阳极缓冲层对电池性能的影响82-91
• 5.5 本章小结91-92
• 第六章 MoO_3作为阳极缓冲层运用于新型聚合物体系电池92-100
• 6.1 引言92-94
• 6.2 电池的结构94-96
• 6.3 电池的制备与测试96-97
• 6.4 MoO_3替换PEDOT：PSS对新体系电池性能的影响97-98
• 6.5 本章小结98-100
• 第七章 结论与展望100-103
• 7.1 本论文的主要结论100-101
• 7.2 展望101-103
• 参考文献103-124
• 博士期间发表的论文及专利124-128
• 致谢128

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