有机/聚合物太阳能电池：活性层结构、形貌及光伏性能

【摘要】： 有机小分子及聚合物材料为基础的有机太阳能电池具有材料分子结构可设计性、质量轻、制造成本低、柔性、可大面积成膜等优点,近年来备受关注。本论文主要围绕光伏材料的分子结构,活性层结构、形貌与器件性能的关系展开研究。主要内容及结论如下: 1.以MEH-PPV作为给体材料,PCBM作为受体材料,通过简单的溶液旋涂法,成功制备了平面扩散型聚合物太阳能电池。该种方法制备的太阳能电池表现出很强的溶剂依赖性。快速挥发的CF溶液制备的器件性能高于慢挥发的氯苯溶液所制备的器件。通过调整底层MEH-PPV厚度来调控顶层PCBM向底层MEH-PPV的渗透程度,获得了活性层对光的吸收与载流子分离、传输相互协同条件下的最佳器件性能0.9%。 2.将对称结构的D-π-A-π-D型有机红光染料小分子DADP应用于有机太阳能电池。详细地研究了DADP的分子结构与其热学性质、光物理性质、电化学性质之间的关系。将DADP分别作为给体、受体、敏化剂制备体异质结太阳能电池。DADP作为给体,PCBM作为受体的太阳能电池能量转换效率达到1.5%,退火处理对器件性能没有明显改善;P3HT作为给体,DADP作为受体,给受体组分比为1:1的太阳能电池,热退火处理后,开路电压得到提升,能量转换效率达到0.64%;DADP为敏化剂的P3HT:DADP:PCBM染料敏化体异质结太阳能电池,通过调整三种材料的组分比,能量转换效率达到1.14%。 3.三种D?A型交替共聚物PFTMT,PPTMT,PDTTMT,具有相同的受体基团,不同的给体基团。研究了给体基团的改变对聚合物的光学性质、分子构型、电子结构的影响。将它们作为给体材料,PCBM作为受体材料,制备了体异质结太阳能电池。系统地研究了内在因素(给受体材料间的相互作用)和外在因素(溶剂的选择、给受体组分比)对活性层形貌的影响。强调了由分子结构所引起的给受体间的相互作用是影响活性层形貌的重要因素。 【关键词】：有机太阳能电池 活性层形貌 分子结构 活性层结构
【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】：

• 提要4-10
• 第一章 绪论10-72
• 1.1 引言10-11
• 1.2 有机/聚合物太阳能电池简介11-36
• 1.2.1 有机/聚合物太阳能电池的工作原理11-13
• 1.2.2 有机/聚合物太阳能电池的器件结构13-16
• 1.2.2.1 单层器件结构14
• 1.2.2.2 双层异质结器件结构14-15
• 1.2.2.3 体异质结器件结构15
• 1.2.2.4 扩散双层异质结器件结构15-16
• 1.2.3 有机/聚合物太阳能电池的性能表征16-19
• 1.2.3.1 电流?电压特性及入射光子?电子转化效率16-18
• 1.2.3.2 性能测试所需的仪器设备18-19
• 1.2.4 有机/聚合物太阳能电池的湿法加工技术19-26
• 1.2.4.1 涂层和印刷技术19-23
• 1.2.4.2 卷对卷技术23-26
• 1.2.5 有机/聚合物太阳能电池的重要研究历程26-36
• 1.3 有机/聚合物太阳能电池活性层材料36-45
• 1.3.1 有机小分子给体材料36-38
• 1.3.2 有机小分子受体材料38-40
• 1.3.3 聚合物给体材料40-43
• 1.3.4 聚合物受体材料43-45
• 1.4 有机/聚合物太阳能电池活性层形貌的影响因素45-54
• 1.4.1 内在因素45-47
• 1.4.2 外在因素47-54
• 1.4.2.1 溶剂的选择47-48
• 1.4.2.2 给受体材料组分比48-49
• 1.4.2.3 热退火处理49-51
• 1.4.2.4 添加剂51-54
• 1.5 本论文的设计思想与研究内容54-56
• 参考文献56-72
• 第二章 平面扩散型太阳能电池：活性层结构及光伏性能72-89
• 2.1 引言72-73
• 2.2 实验部分73-75
• 2.2.1 材料与试剂73
• 2.2.2 器件制备73-74
• 2.2.3 样品表征74-75
• 2.3 结果与讨论75-85
• 2.3.1 平面扩散结构活性层的吸收性质75-76
• 2.3.2 活性层厚度对光伏性能的影响76-81
• 2.3.3 溶剂的选择对活性层形貌及光伏性能的影响81-84
• 2.3.4 平面扩散型有机太阳能电池的简单模型84-85
• 2.4 本章小结85
• 参考文献85-89
• 第三章 D-π-A-π-D对称型有机小分子体异质结太阳能电池：分子结构、活性层形貌及光伏性能89-121
• 3.1 引言89-90
• 3.2 实验部分90-92
• 3.2.1 材料与试剂90-91
• 3.2.2 器件制备91-92
• 3.2.3 样品表征92
• 3.3 结果与讨论92-116
• 3.3.1 DADP的热学性质及膜的表面形貌92-94
• 3.3.2 DADP的光物理性质94-97
• 3.3.3 量子化学计算97-98
• 3.3.4 DADP的电化学性质98-99
• 3.3.5 DADP的空穴迁移率99-100
• 3.3.6 DADP作为给体材料在DADP:PCBM体异质结太阳能电池中的应用100-108
• 3.3.6.1 DADP:PCBM混合膜的吸收光谱100-101
• 3.3.6.2 器件的光伏性能及活性层形貌101-104
• 3.3.6.3 热退火处理对活性层形貌及光伏性能的影响104-106
• 3.3.6.4 DADP与TPA-DCM-TPA体异质结太阳能电池性能比较106-108
• 3.3.7 DADP作为受体材料在P3HT:DADP体异质结太阳能电池中的应用108-111
• 3.3.8 DADP作为敏化剂在P3HT:DADP:PCBM染料敏化体异质结太阳能电池中的应用111-116
• 3.4 本章小结116-117
• 参考文献117-121
• 第四章：D-A型交替共聚物体异质结太阳能电池：分子结构、活性层形貌及光伏性能121-146
• 4.1 引言121-122
• 4.2 实验部分122-124
• 4.2.1 材料与试剂122-123
• 4.2.2 器件制备123
• 4.2.3 样品表征123-124
• 4.3 结果与讨论124-139
• 4.3.1 PFTMT、PPTMT、PDTTMT的吸收性质124-125
• 4.3.2 量子化学计算125-127
• 4.3.3 PFTMT、PPTMT、PDTTMT的空穴迁移率127-128
• 4.3.4 组分比对聚合物:PCBM活性层形貌的影响128-132
• 4.3.5 溶剂对聚合物:PCBM活性层形貌的影响132-134
• 4.3.6 聚合物:PCBM太阳能电池的光伏性能134-138
• 4.3.7 PFTMT、PPTMT、PDTTMT分子结构的比较138-139
• 4.4 本章小结139-140
• 参考文献140-146
• 第五章 结论146-148
• 作者简历148-149
• 攻读学位期间发表的论文及取得的科研成果149-151
• 致谢151-152
• 中文摘要152-155
• Abstract155-158

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