聚合物太阳能电池中添加卤代烷烃对掺杂浓度的影响及钙钛矿电池制备工艺初探

【摘要】：摘要：在有机聚合物太阳能电池中,薄膜的微观形貌结构对器件的激子扩散、分离以及电荷传输等特性产生重要影响,而添加剂是一种常用有效的控制优化薄膜表面形貌的手段,然而其对电池器件的内部影响机理仍然不够清楚明确。另外,有机半导体中常常存在一些非有意的p型掺杂现象,且较高的掺杂浓度通常会对电池的电荷收集产生恶劣影响,从而降低电池的短路电流,也使得器件效率降低,因而,p型掺杂浓度是影响有机太阳能电池性能的一个很关键的参数。近来,钙钛矿电池发展十分迅速,其效率已逼近20%,且由于其制备工艺简单、成本低廉、光电性能优良、效率高等优点一直备受广泛关注。然而,钙钛矿电池也存在一定的问题,如器件稳定性较差,里面存在离子、含有重金属等,且人们对钙钛矿电池器件的制备工艺及理论研究最近几年刚刚开始,大部分都处于工艺研究阶段,其内部的工作机理尚且不明确,仍然存在一些值得大家思考研究的问题。基于以上提出的问题,本文的研究内容归纳为三个部分： 一、研究卤代烷烃添加剂对P3HT:PCBM有机电池器件的光电性能的影响机理,通过对器件加入卤代烷烃添加剂,并对其进行性能表征,研究其对器件薄膜吸收光谱、电荷迁移率、P型掺杂浓度、微观形貌的影响,同时,制备P3HT、 PCBM单独组分器件,深入探究添加剂对器件的影响机理。 二、采用一步旋涂法制备钙钛矿电池器件,研究溶液转速以及PbI2和CH3NH3I比例对钙钛矿膜层的形貌、结晶大小的影响。研究发现转速越高,PbI2和CH3NH3I比例越小,钙钛矿薄膜的连续性越好,晶粒颗粒越小,薄膜覆盖率越高,器件的性能越高。 三、采用两步旋涂法制备钙钛矿电池器件,研究发现掺入氯原子的钙钛矿电池性能明显优于纯碘的钙钛矿电池。另外,采用掺Cl制备钙钛矿电池,进一步研究第一层PbI2/PbCl2和第二层CH3NH3I的厚度对器件的影响,以及退火温度、退火时间和PCBM厚度对钙钛矿器件性能参数的影响,从而使得钙钛矿电池器件性能得以优化提高。 【关键词】：有机太阳能电池 添加剂 DIO 掺杂浓度 钙钛矿 薄膜覆盖率 结晶度 退火 PCBM厚度
【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
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-25
• 1.1 有机太阳能电池的研究背景11-16
• 1.2 有机太阳能电池的基本理论16-23
• 1.2.1 有机太阳能电池的工作机理16-17
• 1.2.2 有机太阳能电池的损失机理17-20
• 1.2.3 有机太阳能电池的光伏参数和等效电路20-23
• 1.3 有机太阳能电池现阶段存在的问题23-24
• 1.4 本工作的主要研究内容24-25
• 2 实验部分25-29
• 2.1 实验材料25-27
• 2.2 制备工艺27
• 2.3 实验设备27-29
• 2.3.1 器件制备设备27-28
• 2.3.2 器件表征设备28-29
• 3 卤代烷烃添加剂对器件性能影响的研究29-44
• 3.1 卤代烷烃对器件性能的影响30-34
• 3.1.1 器件制备30
• 3.1.2 不同卤代烷烃对器件性能的影响30-32
• 3.1.3 不同浓度的DIO对器件性能的影响32-34
• 3.2 卤代烷烃对器件光电性能的影响34-36
• 3.3 卤代烷烃对器件掺杂浓度的影响机理36-42
• 3.3.1 卤代烷烃对器件掺杂浓度的影响37-38
• 3.3.2 卤代烷烃对器件影响机理的研究38-42
• 3.4 本章小结42-44
• 4 基于钙钛矿太阳能电池制备工艺的研究44-59
• 4.1 一步成膜法的工艺探索44-47
• 4.2 两步成膜法的工艺探索47-50
• 4.2.1 PbI_2和NH_3CH_3I膜厚的探索47-49
• 4.2.2 退火时间长短的探索49-50
• 4.3 两步成膜法掺Cl的工艺探索50-58
• 4.3.1 PbI_2和PbI_2/PbCl_2作为第一层的对比51-52
• 4.3.2 PbI_2/PbCl_2和NH_3CH_3I的旋涂转速对器件性能的影响52-54
• 4.3.3 PCBM层厚度的影响54-56
• 4.3.4 退火温度和退火时间对器件影响56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5 结论59-60
• 参考文献60-64
• 作者简历64-66
• 学位论文数据集66

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