基于PCDTBT聚合物太阳能电池器件制备及其性能研究

【摘要】：聚合物太阳能电池有着成本低、轻薄、可以大面积生产等优点受到了国内外研究者的关注。本文阐述了有机太阳能电池的发展历史，对聚合物太阳能电池的基本结构和基本原理作了分析和研究。本文的主要研究工作如下： 首先对新型聚合物PCDTBT的紫外吸收光谱和电化学进行表征，得出光学禁带宽度为1.88eV。研究了不同活性层厚度对基于PCDTBT:PC61BM聚合物光伏电池性能的影响。结果表明：活性层厚度74nm时器件有最好的性能。 其次研究了不同给受体比例对基于PCDTBT:PC71BM聚合物太阳能电池性能的影响，结果表明：给受体比例为1:3时器件有最高的光电转换效率，由AFM图看出此时光活化层表明的粗糙度最小。 最后分别以邻二氯苯（ODCB）、氯仿（CF）以及邻二氯苯/氯仿（ODCB/CF）不同比例混合溶剂作为活性层溶剂制备有机薄膜太阳能电池，研究了不同溶剂对光伏电池光电性能的影响。结果表明：合适比例的ODCB/CF(1/1)作为溶剂对制备的光伏器件紫外吸收光谱和外量子效率曲线都起到了积极的作用，此时器件能量转换效率最高，为2.28%，较单一溶剂ODCB下制备的器件效率提高了42%。此时短路电流密度为8.8mA/cm2，开路电压为0.59V，填充因子FF为44%，活性层厚度为84nm。通过原子力显微镜表征发现此时器件光活化层有较好的相分离。研究结果对基于混合溶剂改善光伏器件性能有一定的意义。 【关键词】：有机太阳能电池 形貌 混合溶剂 PCDTBT 活性层
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 引言8-11
• 1.2 有机太阳能电池的发展历程11-14
• 1.2.1 有机小分子太阳能电池13
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池13-14
• 1.3 聚合物太阳能电池结构14-15
• 1.3.1 单层结构14
• 1.3.2 双层结构14
• 1.3.3 体异质结构14-15
• 1.3.4 叠层结构15
• 1.4 本文的主要工作15-17
• 第二章 聚合物太阳能电池的基本原理与测试分析17-29
• 2.1 聚合物太阳能电池工作原理17-19
• 2.2 聚合物太阳能电池等效电路19-20
• 2.3 聚合物太阳能电池的参数表征20-22
• 2.4 聚合物太阳能电池实验设备与技术22-28
• 2.4.1 等离子清洗机22-23
• 2.4.2 匀胶机23-24
• 2.4.3 模拟太阳光系统24
• 2.4.4 I-V 测试系统24
• 2.4.5 有机蒸发镀膜设备24-25
• 2.4.6 IPCE 测试系统25-26
• 2.4.7 原子力显微镜26-27
• 2.4.8 手套箱27-28
• 2.4.9 台阶仪28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 活性层厚度对基于 PCDTBT:PC61BM 聚合物光伏电池性能影响29-35
• 3.1 新型聚合物 PCDTBT 的制备与表征29-31
• 3.1.1 合成过程29-30
• 3.1.2 新型聚合物 PCDTBT 的性能表征30-31
• 3.1.2.1 PCDTBT 的紫外可见吸收光谱30
• 3.1.2.2 PCDTBT 的电化学30-31
• 3.2 活性层厚度对聚合物光伏电池性能的影响31-34
• 3.2.1 实验过程31-32
• 3.2.2 紫外可见吸收光谱32-33
• 3.2.3 伏安特性33-34
• 3.3 本章小结34-35
• 第四章 基于 PCDTBT:PC71BM 聚合物太阳能电池光伏性能研究35-40
• 4.1 引言35
• 4.2 实验步骤35-36
• 4.2.1 器件的制作36
• 4.3 实验结果36-39
• 4.4 本章小结39-40
• 第五章 混合溶剂对基于 PCDTBT:PC71BM 光伏电池性能的影响40-48
• 5.1 引言40
• 5.2 实验方法40-41
• 5.3 实验结果与分析41-47
• 5.4 本章小结47-48
• 第六章 总结与展望48-49
• 参考文献49-53
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文53-54
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目54-55
• 致谢55

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