PTB7/PC_(71)BM聚合物有机太阳能电池的制备工艺对器件性能的影响研究

【摘要】：能源紧缺和环境恶化等问题已经成为人类生存和发展所面临的重要问题，聚合物体异质结有机太阳能电池由于具有成本低、绿色环保等优点受到越来越多的关注。PTB7/PC71BM电池具有优异的吸光能力，短路电流和效率可以做得很高，值得人们仔细研究。 本论文的主要研究内容即为PTB7/PC71BM聚合物电池的制备和优化，并探究制备过程中的工艺条件对器件性能的影响。结论如下： 1.退火会严重破坏PTB7/PC71BM有机层薄膜的形貌，进而使得电池的性能大幅退化； 2.为节省材料，旋涂有机层薄膜可以采用先旋转ITO玻璃，再向ITO玻璃上一次性用移液计滴上50uL的混合液，旋涂成膜。这种甩膜方式不仅节省了材料，性能还有少许的提升； 3.甩膜完成后，采用先在手套箱中放置2小时，然后在真空中放置10分钟，最后放回手套箱放置2天或以上，让有机膜中的溶剂缓慢挥发形成有机膜，这种方法制成的器件性能比甩完膜后直接80℃加热10分钟烘干成膜制得的器件要好； 4.旋涂混合液成膜，转速对膜的厚度和形貌起着重要作用，根据文献我们试验了800rpm(round per min)、900rpm、1000rpm、1100rpm四组转速对器件性能的影响，结果发现转速越高，膜的厚度越薄，光吸收减小，短路电流也减小，然而较小的厚度使得电荷的传输和收集效率提高，器件的填充因子也提高。 5.为了提高PTB7/PC71BM聚合物电池的可靠性，制备了ZnO反型结构电池，测试结果表明ZnO反型结构确实可以提高电池的可靠性，电池的效率暴露在空气中5天后仍有初始效率的59.5%，但是与P3HT/PCBM体系的ZnO反型电池可以在空气中放置1~2年后仍有性能相比，PTB7/PC71BM电池的可靠性仍有待提升。 【关键词】：PTB7/PC71BM 制备工艺 聚合物有机太阳能电池 性能
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-12
• 1.1.1 全球能源与环境背景10
• 1.1.2 中国能源与环境问题10-11
• 1.1.3 太阳能的优势11-12
• 1.2 有机太阳能电池简介12-20
• 1.2.1 有机太阳能电池的优势12-14
• 1.2.2 有机太阳能电池的发展历史14-16
• 1.2.3 国内外研究现状16-20
• 第二章 有机太阳能电池的工作机理20-40
• 2.1 有机电子材料的发展历史和光电特性20-24
• 2.1.1 有机电子材料的发展历史20
• 2.1.2 有机材料能带结构和光电特性20-24
• 2.2 有机太阳能电池中的常用有机材料24-26
• 2.2.1 小分子电池和聚合物电池24-25
• 2.2.2 常见的有机太阳能电池材料25-26
• 2.3 光照下的有机太阳能电池26-36
• 2.3.1 光子吸收和激子产生27-31
• 2.3.2 激子扩散和分离31-34
• 2.3.3 电荷的输运和收集34-36
• 2.4 有机太阳能电池的参数和等效电路36-40
• 第三章 有机太阳能电池器件的制备和测试40-46
• 3.1 实验设备和材料40-41
• 3.1.1 基础设备40
• 3.1.2 实验材料和溶液配制40-41
• 3.2 实验步骤41-46
• 3.2.1 ITO 玻璃的刻蚀41-42
• 3.2.2 ITO 玻璃清洗和预处理42
• 3.2.3 旋涂 PEDOT:PSS 薄膜42-43
• 3.3.4 旋涂有机膜43
• 3.2.5 蒸镀电极和退火43-46
• 第四章 PTB7/PC71BM 聚合物电池的制备和优化46-66
• 4.1 PTB7/PC71BM 材料体系简介46-49
• 4.1.1 PTB7/PC71BM 聚合物电池的新进展46-47
• 4.1.2 PTB7/PC71BM 聚合物电池与 P3HT/PCBM 聚合物电池对比47-49
• 4.2 退火对 PTB7/PC71BM 聚合物电池性能的影响49-53
• 4.3 两种甩膜方式对 PTB7/PC71BM 聚合物电池性能的影响53-55
• 4.4 两种成膜方式对 PTB7/PC71BM 聚合物电池性能的影响55-58
• 4.5 转速对 PTB7/PC71BM 聚合物电池性能的影响58-64
• 4.6 ZnO 反型结构 PTB7/PC71BM 聚合物电池的可靠性64-66
• 第五章 小结66-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-76
• 研究成果76-77

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