高效聚合物太阳能电池界面工程和形貌研究

【摘要】：聚合物太阳能电池(PSCs)具有制备过程简单、价格低廉、重量较轻、能制备成柔性器件等突出优点,近年来成为国内外光伏产业研究和有机光电材料研究的前沿和热点。经过20年的发展,共混型本体异质结(BHJ)太阳能电池的最高能量转换效率(PCE)达到了10%。但商业化生产聚合物太阳能电池要面临许多问题,例如效率,稳定性,可重复性及可制造性等。为了优化聚合物太阳能电池的性能,本论文主要从器件界面工程和形貌优化两个角度开展工作,具体如下：1,为了优化聚合物太阳能电池的性能,首次将超薄的P型界面材料聚苯胺(HAPAN)作为空穴传输层,制备了正向结构的聚合物太阳能电池,该器件的能量转换效率达到了9%,该超薄的聚苯胺界面修饰层可以在多种聚合物体系中得到很好的应用。因此,超薄聚苯胺修饰层是一种相对通用且有效的P型界面修饰层。该工作也表明应用超薄聚苯胺修饰层能有效提高光伏器件的稳定性,为设计稳定高效的聚合物太阳能电池以及超薄光电器件提高了一种新思路。2, 以PBDT-TS1为电子给体,富勒烯衍生物PC71BM为电子受体,使用N型界面材料氢氧化钡作为电子收集层,同时制备了反向结构和正向结构聚合物太阳能电池,这两种器件均达到了9%的能量转换效率。其廉价和稳定的优点更是提高了其具有进一步被工业化利用的可能。3,为了优化聚合物太阳能电池活性层的形貌,提高器件性能,我们使用PBDT-TS1为电子给体,富勒烯衍生物PC71BM为电子受体,利用绿色混合溶剂(二甲苯/N-甲基吡咯烷酮)制备了正向结构的聚合物太阳能电池,该器件取得了能量转换效率达到了9.47%,这是目前报道的使用绿色溶剂加工制备聚合物太阳能电池的最高能量转换效率。该溶剂体系可以应用在多种具有代表性的聚合物体系中,并取得了与卤素溶剂相似的效率,因此,该非卤混合溶剂体系具有可以取代传统含卤溶剂来制备高效聚合物太阳能电池的潜力。 【关键词】：聚合物太阳能电池 界面工程 形貌
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 聚合物太阳能电池简介11-13
• 1.3 聚合物太阳能电池的工作原理和性能参数13-16
• 1.3.1 聚合物太阳能电池的工作原理13-15
• 1.3.2 聚合物太阳能电池的性能参数15-16
• 1.4 聚合物太阳能电池的研究现状与发展趋势16-21
• 1.5 研究内容和创新之处21-22
• 第二章 聚合物太阳能电池的制备及性能表征22-26
• 2.1 引言22-23
• 2.2 聚合物太阳能电池的制备与测试23-25
• 2.2.1 聚合物太阳能电池的制备23-25
• 2.2.2 聚合物太阳能电池的测试25
• 2.3 论文中使用的表征手段25-26
• 第三章 超薄聚苯胺修饰层在聚合物太阳能电池中的应用26-37
• 3.1 引言26-27
• 3.2 实验部分27-28
• 3.2.1 试剂与材料27-28
• 3.2.2 器件制备与表征28
• 3.2.3 材料表征的设备与仪器28
• 3.3 结果与讨论28-37
• 3.3.1 材料制备与表征28
• 3.3.2 聚苯胺(HAPAN)作为空穴传输层28-31
• 3.3.3 聚合物太阳能电池的光伏性能31-37
• 3.4 本章小结37
• 第四章 氢氧化钡修饰层在聚合物太阳能电池中的应用37-49
• 4.1 引言37-39
• 4.2 实验部分39
• 4.2.1 材料与试剂39
• 4.2.2 器件制备与表征39
• 4.2.3 材料表征的设备与仪器39
• 4.3 结果与讨论39-48
• 4.3.1 氢氧化钡修饰层基本参数表征40-42
• 4.3.2 在反向器件中氢氧化钡做阴极修饰层的器件性能42-44
• 4.3.3 反向器件形貌44-45
• 4.3.4 在正向器件中氢氧化钡做阴极修饰层的器件性能45-47
• 4.3.5 向器件形貌47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 非卤溶剂体系应用于高效聚合物太阳能电池49-68
• 5.1 引言49-50
• 5.2 实验部分50-51
• 5.2.1 试剂与材料50-51
• 5.2.2 器件制备与表征51
• 5.2.3 材料表征的设备与仪器51
• 5.3 结果与讨论51-67
• 5.3.1 汉森溶解度参数51-53
• 5.3.2 卤素溶剂制备聚合物太阳能电池器件性能53-54
• 5.3.3 N-甲基吡咯烷酮含量对器件性能的影响54-56
• 5.3.4 甲基萘含量对器件性能的影响56-57
• 5.3.5 不同溶剂对器件形貌的影响57-59
• 5.3.6 非卤素混合溶剂体系通用性59-67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-77
• 致谢77-78
• 个人简历78
• 研究生期间发表的学术论文与研究成果78-80

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