聚合物太阳能电池活性层掺杂浓度对器件性能的影响及极性可变的钙钛矿光伏器件的研究

【摘要】：高效率的把太阳能转化为电能是解决人类能源危机最有效和最直接的途径之一,因而将太阳光转化成电能的光伏产业近年越来越受到人们的重视。薄膜太阳能电池由于其巨大的应用潜力和低廉的价格优势,近年来已成为人类应对能源危机开发利用清洁能源的研究热点,其中最具应用前景和代表性的是聚合物太阳能电池和钙钛矿太阳能电池。本论文的工作主要就聚3-己基噻吩：富勒烯(P3HT: PCBM)体系薄膜太阳能电池中活性层掺杂浓度对器件性能的影响和有机-无机卤化物钙钛矿体系中极性可变的光伏器件两方面工作展开研究： 1.使用不同溶剂的活性层溶液和器件后退火处理来调控基于P3HT:PCBM体系的聚合物太阳能电池器件活性层的掺杂浓度,通过电容-电压测量、光学显微成像和MATLAB模拟计算研究了器件活性层掺杂浓度对器件性能的影响。研究结果表明活性层掺杂浓度和器件性能之间有着直接的联系,低掺杂浓度会使器件的短路电流升高,而使器件的开路电压下降。低掺杂浓度能够导致较宽的耗尽区,这有利于活性层中载流子的收集。实验数据和模拟计算的一致性很好的说明在聚合物太阳能电池中开路电压随着掺杂浓度的增加而线性增加。活性层表面形貌的变化说明无论是使用低沸点的溶剂使活性层缓慢干燥还是通过热退火增加P3HT和PCBM的结晶度和相分离,都能够减少活性层的缺陷密度从而降低其掺杂浓度。 2.在有机-无机卤化物钙钛矿体系中通过新型结构ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3/MoO3/Al实现了极性可变的光伏器件,该新结构极性可变的光伏器件为该领域的研究开辟了新的方向。通过该新型结构光伏器件的新特性发现和证明在有机-无机卤化物钙钛矿材料中存在大量可移动的离子。在外加电场的作用下移动离子在器件电极界面处的聚积使界面处的半导体材料钙钛矿界面处的能带发生弯曲,随着外加电场方向的不同半导体材料钙钛矿界面处聚积的电荷性极性也不同,其能带弯曲的方向也就不同,从而器件在相反方向的外加电场下极性就会反转。移动离子的存在对钙钛矿光伏器件的性能有着重要的影响,在电流-电压测量过程中的滞后现象就是由于移动离子在界面处的聚积和弛豫所引起的。 【关键词】：太阳能电池 聚合物 掺杂浓度 钙钛矿 界面电荷 极性可变
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 目录8-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 有机聚合物太阳能电池简介10-19
• 1.2.1 有机聚合物太阳能电池研究的进展10-12
• 1.2.2 有机聚合物太阳能电池的工作机理12-14
• 1.2.3 有机聚合物太阳能电池的损失机理14-16
• 1.2.4 有机聚合物太阳能电池的性能参数16-19
• 1.3 钙钛矿太阳能电池的研究背景19-21
• 1.4 本论文的主要研究内容21-22
• 2 器件的制备与表征22-24
• 2.1 有机聚合物太阳能电池的制备和测试22-23
• 2.1.1 器件的制备22-23
• 2.1.2 器件的测试23
• 2.3 本章小结23-24
• 3 聚合物太阳能电池活性层掺杂浓度对器件性能影响的研究24-37
• 3.1 引言24
• 3.2 掺杂浓度的测量和计算24-29
• 3.2.1 电容-电压(C-V)法测量掺杂浓度的基本原理24-25
• 3.2.2 掺杂浓度的实验测量和分析25-27
• 3.2.3 用偏光显微镜对活性层成膜形貌的测量27-29
• 3.3 掺杂浓度对器件性能的影响29-36
• 3.3.1 掺杂浓度对器件短路电流的影响30-33
• 3.3.2 掺杂浓度对器件开路电压的影响33-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 极性可变的钙钛矿光伏器件的研究37-51
• 4.1 引言37
• 4.2 钙钛矿光伏器件的制备和测试37-39
• 4.2.1 钙钛矿光伏器件的制备37-39
• 4.2.2 钙钛矿光伏器件的测试39
• 4.3 极性可变的钙钛矿光伏器件的基本特性39-41
• 4.4 钙钛矿光伏器件中界面电荷的来源和对器件性能的影响41-49
• 4.4.1 界面电荷对钙钛矿材料能带弯曲的影响41-43
• 4.4.2 钙钛矿光伏器件极性的变化机理43-46
• 4.4.3 界面电荷的测量和来源46-49
• 4.5 本章小结49-51
• 5 结论51-52
• 参考文献52-56
• 附录A56-57
• 附录B57-58
• 作者简历58-60
• 学位论文数据集60

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