有机太阳能电池的性能优化研究

【摘要】：太阳能具有清洁、无污染的特点,是理想的的可替代能源。与无机硅电池相比,有机光伏电池具有低成本、可大面积制备及可制备柔性器件等优点而受到人们的广泛关注。聚合物本体异质结光伏电池的给、受体材料之间通过纳米尺度的相分离形成互穿网络结构,为激子的扩散提供了有效的传输通道。因此,有效的控制活性层的微观形貌对于优化电池性能显得尤为重要。另外,通过阴极及阳极缓冲层降低电极与活性层的界面势垒,有利于提高载流子的迁移率及收集效率。本论文主要从以下三个方面展开工作以提高有机光伏电池的性能。 1、研究了添加剂DTBP对MEH-PPV:PCBM体系器件性能的影响。制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV:PCBM:DTBP/C6H5COOLi/A1的有机光伏电池。考察了添加不同质量分数的DTBP对器件性能的影响。在标准模拟太阳光的光照条件下,测得了Ⅰ-Ⅴ曲线和IPCE曲线。结果表明：在AM1.5G光强照射下,添加了质量分数为0.5%的DTBP时,光伏器件的PCE,Jsc,FF分别从分别从1.12%,3.39mA/cm2,40.95%提高到1.31%,3.51mA/cm2,44.45%。与参比器件相比使用DTBP作为活性层添加剂的器件的光电转换效率提高了17%。采用紫外可见吸收光谱研究了添加剂DTBP对活性层的光吸收的影响并利用原子力显微镜对活性层形貌进行表征。另外,我们考察了DTBP对器件稳定性的影响。结果表明：当添加了质量分数为O.5%DTBP时,添加剂的加入对器件的稳定性起到了一定的积极作用。 2、探索了以Re03和Re207分别作为本体异质结光伏电池的阳极缓冲层,并与传统的PEDOT:PSS的阳极修饰层进行了对比。Re03和Re207具有较低的热蒸镀温度(约340℃),可以避免常用金属氧化物(V205.NiO)在实际应用中存在的蒸镀温度较高的缺点。考察了不同厚度的Re03和Re207阳极修饰层对器件性能的影响。在标准模拟太阳光的光照条件下,测得了Ⅰ-Ⅴ曲线和IPCE曲线。利用开尔文探针测定了WF。结果表明：Re03和Re207较PEDOT:PSS而言在一定程度上降低了器件的性能,均没有起到很好的修饰作用。 3、研究了以PCDTBT:PC71BM为活性层的本体异质结光伏电池。制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/PCDTBT:PC71BM/LiF/A1的有机太阳能电池。考察了不同给、受体浓度以及不同的溶剂对器件性能的影响。从电流密度-电压曲线分析确定最佳的浓度比及最佳溶剂。同时,考察三氟乙酸铯作为阴极修饰材料对器件性能的影响。结果表明：给受体最佳浓度为1：2,最佳溶剂为邻二氯苯。以LiF作为阴极修饰材料时,Voc=0.71V,Jsc=6.8mA/cm2,FF=31.3%, PCE=1.51%。以CF3COOCs作为阴极修饰材料时,Voc=0.43V,Jsc=2.1mA/cm2,FF=33.9%,PCE=0.31%。与参比器件相比,FF和PCE分别降低了69.12%和79.47%。 【关键词】：有机太阳能电池 添加剂 形貌稳定性 阳极缓冲层 阴极缓冲层
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 太阳能电池简介11-18
• 1.2.1 光伏发电简介11-13
• 1.2.2 有机太阳能电池的基本工作原理13
• 1.2.3 常见器件结构类型13-16
• 1.2.4 主要性能参数16-17
• 1.2.5 主要的光敏材料17-18
• 1.3 研究现状与存在问题18-20
• 1.3.1 影响聚合物太阳能电池效率的因素18-20
• 1.3.2 影响稳定性的因素20
• 1.4 论文的设计思路及主要内容20-22
• 第二章 利用活性层添加剂提高MEH-PPV：PCBM有机光伏电池性能的研究22-30
• 2.1 引言22-23
• 2.2 实验部分23-24
• 2.2.1 实验药品与试剂23
• 2.2.2 光伏器件的制备23-24
• 2.2.3 器件性能测试24
• 2.3 结果与讨论24-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 真空热蒸镀氧化铼为阳极缓冲层的有机光伏电池30-39
• 3.1 引言30-32
• 3.2 实验部分32-34
• 3.2.1 实验药品与试剂32-33
• 3.2.2 光伏器件的制备33
• 3.2.3 器件性能测试33-34
• 3.3 结果与讨论34-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 基于PCDTBT：PC_(71)BM为给受体活性材料的有机光伏电池的探索39-46
• 4.1 引言39-40
• 4.2 实验部分40-41
• 4.2.1 实验药品与试剂40-41
• 4.2.2 光伏器件的制备41
• 4.2.3 器件性能测试41
• 4.3 结果与讨论41-44
• 4.4 本章小结44-46
• 第五章 全文总结与展望46-48
• 5.1 全文总结46-47
• 5.2 展望47-48
• 参考文献48-55
• 发表论文和科研情况说明55-56
• 致谢56

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