反型体异质结聚合物太阳能电池的研究

【摘要】： 由于重量轻、价格低、未来应用前景可观等优点,基于共轭聚合物和富勒烯体系的聚合物太阳能电池已经引起了人们极大的兴趣,能量转换效率已达到7.4%。在这些报道的电池中,PEDOT:PSS常被用作空穴传输层,防止电子漏电,提高空穴收集效率。但是,研究证明,PEDOT:PSS呈酸性,会腐蚀ITO电极,从而影响电池的稳定性。解决这个问题的一种方法就是将电池结构颠倒,用不易被氧化、高功函数的金属作为空穴收集电极,这样可以避免使用PEDOT:PSS。 制作了一种简单结构的反型聚合物太阳能电池,器件结构为ITO/nc-TiO_2/P3HT:PCBM/metal。在这里,纳米晶TiO_2薄膜作为电子选择层,将会阻挡空穴从P3HT传递至ITO,从而可以避免电子空穴在ITO/P3HT:PCBM界面处复合。但是,对于上述结构的器件,采用各种金属电极,电池的性能普遍都比较低。在有源层与金属电极之间引入一层过渡金属氧化物,如MoO_3、WO_3,结果器件的性能得到大幅度的提高。 采用MoO_3(WO_3)/Ag/MoO_3(WO_3)复合膜作为透明电极,制备出半透明反型聚合物太阳能电池ITO/nc-TiO_2/P3HT:PCBM/MoO_3(WO_3)/Ag/MoO_3(WO_3)。必须强调一点的是,在此结构中,阳极缓冲层和增透膜属同一种材料,这将大大降低半透明电池制备工艺的复杂性。 【关键词】：反型体异质结聚合物太阳能电池 二氧化钛 三氧化钼 三氧化钨 能量转换效率
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 内容提要4-9
• 第1章 绪论9-29
• 1.1 体异质结聚合物太阳能电池的简要发展史9-15
• 1.2 提高体异质结聚合物太阳能电池性能的主要途径15-22
• 1.2.1 聚合物给体新材料15-17
• 1.2.2 有源层处理17-20
• 1.2.3 级联电池20-22
• 1.3 太阳能电池的等效电路22-25
• 1.4 太阳能电池的特征参数25-27
• 1.5 本论文的设计思想27-29
• 第2章 基于TiO_2的反型体异质结聚合物太阳能电池的制备与表征29-39
• 2.1 溶胶-凝胶法制备TiO_229-34
• 2.1.1 实验材料与仪器30
• 2.1.2 TiO_2溶胶制备30
• 2.1.3 TiO_2薄膜制备30-31
• 2.1.4 TiO_2薄膜表征31-34
• 2.1.4.1 X 射线衍射分析31-32
• 2.1.4.2 紫外-可见吸收谱、透射谱32
• 2.1.4.3 原子力显微镜(AFM)32-33
• 2.1.4.4 扫描电子显微镜(SEM)33-34
• 2.2 基于TiO_2的反型体异质结聚合物太阳能电池的制备与表征34-38
• 2.2.1 实验材料与仪器34
• 2.2.2 器件制备34-36
• 2.2.3 测试结果与讨论36-38
• 2.3 本章小节38-39
• 第3章 MoO_3、WO_3作为空穴传输层在反型体异质结聚合物太阳能电池中的研究39-67
• 3.1 MoO_3 作为空穴传输层的反型体异质结聚合物太阳能电池的制备与表征39-58
• 3.1.1 MoO_3的基本性质40
• 3.1.2 实验材料与仪器40-41
• 3.1.3 器件制备41-42
• 3.1.4 测试结果与讨论42-50
• 3.1.5 MoO_3与金属界面的XPS 研究50-58
• 3.1.5.1 基本概念50-52
• 3.1.5.2 结果讨论52-58
• 3.2 WO_3作为空穴传输层的反型体异质结聚合物太阳能电池的制备与表征58-66
• 3.2.1 WO_3的基本性质58
• 3.2.2 实验材料与仪器58-59
• 3.2.3 器件制备59-60
• 3.2.4 测试结果与讨论60-66
• 3.3 本章总结66-67
• 第4章 半透明反型体异质结聚合物太阳能电池的制备与表征67-99
• 4.1 基于 MoO_3/Ag/MoO_3透明电极的半透明反型体异质结聚合物太阳能电池的制备与表征68-79
• 4.1.1 实验材料与仪器68
• 4.1.2 器件制备68-70
• 4.1.3 测试结果与讨论70-79
• 4.2 基于 WO_3/Ag/WO_3 透明电极的半透明反型体异质结聚合物太阳能电池的制备与表征79-97
• 4.2.1 实验材料与仪器79
• 4.2.2 器件制备79-80
• 4.2.3 测试结果与讨论80-87
• 4.2.4 光场分布与WO_3光耦合层厚度的关系87-97
• 4.3 本章小结97-99
• 结论99-101
• 参考文献101-115
• 攻读博士学位期间发表的学术论文115-117
• 致谢117-118
• 摘要118-121
• Abstract121-123

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