基于P3HT:PCBM的柔性有机太阳能电池的研究

【摘要】：柔性太阳能电池，是薄膜太阳能电池的一种，可以应用于太阳能背包、太阳能帐篷、太阳能汽车、太阳能帆船上。柔性太阳能的一个重要应用领域是光伏建筑一体化，它可以集成在窗户或房屋内外墙上。在许多方面柔性太阳电池发挥着重要而不可替代的作用，此外柔性太阳电池可以应用卷对卷制作技术，方便于大面积制作，这使得它的成本大大的降低，大范围商业化的潜力巨大，因此本文选择柔性有机太阳能电池为研究课题，并从器件结构上对其进行分析和改进。 柔性太阳电池是现代许多移动电子设备的理想能量来源。可弯曲、重量轻已经成为充电设备的一个重要要求，本文的研究对象就是柔性有机太阳能电池。本文详细分析了影响有机太阳能电池效率的主要原因，着重从两个方面展开探索，一个是太阳电池的阳极缓冲层，另一个是新型的电池阳极，从基本结构上对柔性太阳电池进行改进，以期达到提高光电转换效率的最终目的。 有机太阳能电池的阳极缓冲层对电池的性能影响很大，是我们必须不断改进的一个重要环节，本文中创造性地使用两种不同的材料，组合形成阳极缓冲层，并以P3HT:PCBM为活性层制备双缓冲层有机太阳能电池，以旋涂法和蒸镀法为制备手段，通过对材料厚度和组合顺序的优化来增强器件的性能。 为了深入研究双缓冲层的效果，我们另外制备了两组单缓冲层的器件作为对比实验，器件结构为：第一组，ITO/PTFE/P3HT:PCBM/PTFE/Al；第二组，ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/PTFE/Al；第三组，ITO/PTFE/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/PTFE/Al。实验测定了太阳电池的光伏特性，并对其成因进行了系统的分析与讨论。结果显示，双缓冲层器件的短路电流(Jsc)提高2.43%，填充因子(FF)提高9.38%,光电转换效率(PCE)提高了6.7%。 本文对太阳电池的阳极电极进行了探索，并使用刷涂法制备电极以及活性层薄膜来改善材料的成膜形态，采用在PEDOT层内嵌入PTFE的方法改善电极的电荷传输性质，经过透明度测试，导电率测定，光谱吸收的测定，以及最终的I-V曲线的测定，证明了多重电极的可靠与稳定。并通过改变多重电极中PTFE的厚度制备了最接近ITO电极性质的器件。我们制备了多组基于多重电极的太阳电池器件，最高的效率可以达到2.98%。 【关键词】：柔性有机太阳能电池 PTFE 双缓冲层 多重电极 刷涂法
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-25
• 1.1 引言10-11
• 1.2 有机太阳能电池的研究历程与现状11-13
• 1.3 有机太阳能电池的应用领域13-14
• 1.4 有机太阳能电池的工作原理14-15
• 1.5 有机太阳能电池 I-V 特性及性能参数15-17
• 1.6 有机太阳能电池器件结构与材料17-22
• 1.6.1 有机太阳能电池的结构17-19
• 1.6.2 有机太阳能电池的材料19-22
• 1.7 加工条件对有机太阳能电池的影响22-24
• 1.7.1 成分比例对有机太阳能电池的影响22-23
• 1.7.2 溶剂对有机太阳能电池的影响23
• 1.7.3 热退火和微波退火有机太阳能电池23-24
• 1.8 本论文的主要工作24-25
• 第二章 有机太阳能电池的制备与测量25-29
• 2.1 太阳电池的等效电路25-26
• 2.2 有机太阳能电池器件的制备26-28
• 2.2.1 基片的清洗及预处理26-27
• 2.2.2 PEDOT:PSS 的旋涂、干燥及退火27
• 2.2.3 活性层薄膜的制备27
• 2.2.4 金属电极的制备27-28
• 2.3 有机太阳能电池器件的测量28-29
• 2.3.1 I-V 曲线的测量28
• 2.3.2 紫外-可见吸收光谱的测量28
• 2.3.3 薄膜平整度及微观颗粒大小的测量28
• 2.3.4 微观结构测量28-29
• 第三章 双缓冲层柔性有机太阳能电池的制备与研究29-43
• 3.1 引言29-30
• 3.2 器件材料与制备方法30-34
• 3.3 器件的测试34-35
• 3.4 器件的分析与讨论35-41
• 3.4.1 PEDOT:PSS 单层缓冲层器件性能35-37
• 3.4.2 PTFE 单层缓冲层器件性能37-38
• 3.4.3 基于 PTFE/PEDOT:PSS 的双缓冲层器件性能38-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第四章 刷涂法制备柔性有机太阳能电池的研究43-50
• 4.1 引言43-44
• 4.2 制备方法44-46
• 4.3 分析与讨论46-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 结论50-51
• 参考文献51-56
• 个人简介及研究成果56-57
• 致谢57

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