聚合物太阳能电池缓冲层制备及电池性能的优化

【摘要】：聚合物太阳能电池具有成本低廉，能使用工业化的卷对卷生产技术等优点，正成为目前第三代太阳能电池研究方向的热点。而其中的缓冲层材料对获得高效率的太阳能电池十分重要。本文在实验室之前的研究基础上，优化了在空气中制备聚合物太阳能电池的工艺流程，并合成了一系列缓冲层材料，用于传统结构和反转结构的聚合物太阳能电池。 合成了石墨烯氧化物、石墨烯氧化物/CoNi2S4复合材料、以及NiO薄膜作为空穴传输层材料。合成了TiO_2纳米棒阵列作为电子传输层材料。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱分析法（Raman）对上述样品进行了分析表征。 在空气中，研究了热处理退火、溶剂退火处理、小分子添加剂等对以P3HT和PCBM作为活性层的传统结构聚合物太阳能电池的影响。经过优化，在空气中制作的传统结构聚合物太阳能电池效率达到了2.55%。同时对石墨烯氧化物和NiO薄膜作为传统结构聚合物太阳能电池空穴传输层进行了研究。 对为反转结构的聚合物太阳电池进行了优化，获得了1.77%的效率。使用TiO_2薄膜/TiO_2纳米棒阵列复合新结构的电池性能优于同样厚度的TiO_2薄膜反转结构的电池，这种新结构优化后则获得了1.78%的效率。 通过电化学阻抗谱的分析，解释了缓冲层厚度、复合结构及相关工艺参数对电池性能的影响。 【关键词】：聚合物太阳能电池 石墨烯氧化物 二氧化钛纳米阵列 缓冲层 电化学阻抗谱分析
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 主要符号对照表8-9
• 第1章 引言9-20
• 1.1 聚合物太阳能电池的发展历史10-11
• 1.2 聚合物太阳能电池的结构、原理及表征11-12
• 1.3 聚合物太阳能电池的性能优化研究12-17
• 1.3.1 材料优化研究12-15
• 1.3.2 对活性层形貌的研究15-16
• 1.3.3 缓冲材料的研究16-17
• 1.4 反转结构聚合物太阳能电池17-18
• 1.5 电化学阻抗谱的应用18
• 1.6 本论文主要工作及意义18-20
• 第2章 缓冲层材料的制备及研究20-31
• 2.1 引言20-21
• 2.2 实验部分21-23
• 2.2.1 主要原料及试剂21
• 2.2.2 原料的处理方法21
• 2.2.3 实验仪器21
• 2.2.4 缓冲层材料的制备21-23
• 2.2.5 样品的表征与测试23
• 2.3 结果与讨论23-30
• 2.3.1 GO 的制备23-24
• 2.3.2 GO 和 CoNi2S4复合材料的制备24-26
• 2.3.3 NiO 薄膜的制备26-27
• 2.3.4 TiO_2薄膜的制备27-28
• 2.3.5 TiO_2纳米棒阵列的制备28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 传统结构聚合物能太阳能电池的优化31-46
• 3.1 引言31-32
• 3.2 实验部分32-35
• 3.2.1 主要原料及试剂32
• 3.2.2 原料的处理方法32
• 3.2.3 实验仪器32
• 3.2.4 实验内容32-35
• 3.2.5 样品表征与测试35
• 3.3 结果与讨论35-45
• 3.3.1 传统结构聚合物太阳能电池的制备35-36
• 3.3.2 热处理退火对有机太阳能电池的影响36-37
• 3.3.3 溶剂退火对有机太阳能电池的影响37-38
• 3.3.4 小分子添加剂对有机太阳能电池的影响38-41
• 3.3.5 高效率传统有机太阳能电池41
• 3.3.6 石墨烯氧化物做空穴传导层41-43
• 3.3.7 NiO 做空穴传输层43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 反转结构聚合物太阳能电池的的优化46-57
• 4.1 引言46-47
• 4.2 实验部分47-49
• 4.2.1 主要原料及试剂47
• 4.2.2 原料的处理方法47
• 4.2.3 实验仪器47-48
• 4.2.4 实验内容48-49
• 4.2.5 样品的表征与测试49
• 4.3 结果与讨论49-55
• 4.3.1 GO 和 d-GO 在反转结构电池的运用49-50
• 4.3.2 TiO_2纳米棒阵列在反转结构电池中的应用50-51
• 4.3.3 TiO_2薄膜/TiO_2纳米棒阵列复合结构在反转结构电池的应用51-54
• 4.3.4 TiO_2薄膜/TiO_2纳米棒阵列复合结构的优化54-55
• 4.3.5 聚合物太阳能稳定性的研究55
• 4.4 本章小结55-57
• 第5章 电化学阻抗分析 49 5.1 引言57-65
• 5.1 引言57-59
• 5.2 实验部分59-60
• 5.2.1 主要原料及试剂59
• 5.2.2 原料的处理方法59
• 5.2.3 实验仪器59-60
• 5.2.4 实验内容60
• 5.3 结果与讨论60-64
• 5.3.1 小分子添加剂的电化学阻抗谱分析60-61
• 5.3.2 不同厚度的 NiO 作为空穴传导层的电化学阻抗谱分析61-62
• 5.3.3 不同厚度的 GO 作为空穴传导层的电化学阻抗谱分析62-63
• 5.3.4 TiO_2薄膜和 TiO_2薄膜/TiO_2纳米阵列复合结构的电池的电化学阻抗谱分析63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第6章 结论65-66
• 参考文献66-73
• 致谢73-75
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果75

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