基于P3HT聚合物太阳能电池的研究

【摘要】：论文围绕基于P3HT聚合物太阳能电池展开研究,针对器件结构对于性能的影响进行了优化以获得最优化的器件结构和更好地提升器件性能,工作包括以下内容： 分析了器件结构中氧化物作为缓冲层对器件光电转化性能的影响,以P3HT给体材料制备了有机无机异质结太阳能电池和以P3HT:PCBM材料制备本体异质结太阳能电池作为研究对象,以溶胶凝胶法制备氧化物和溶液旋涂法作为手段制备器件；通过器件厚度优化、替换阴极缓冲层等方式来增强器件的光电转化性能。 研究了氧化钛和氧化镍两种氧化物前驱体的制备工艺；以旋涂的方法生长氧化物薄膜和活性层薄膜并且制备了三种结构的有机聚合物太阳能电池,并测定了器件的光伏效率；对器件进行了理论分析；另外还确定了本体异质结太阳能电池的制造工艺。 根据半导体材料F-B色散模型采用Matlab软件和椭园偏振光谱法测定了制备的电池器件中各个功能层薄膜的消光系数K和折射率N(即基本光学常数)及厚度。论文采用经典电磁理论和光电转化以及载流子输运理论对本体异质结太阳能电池器件中光生电流机制进行了讨论。利用麦克斯韦方程和边界条件推导出多层光学膜系的传递矩阵方法,分析得出器件内部反射与透射的关系以及光电场强度的分布情况；以Onsager-Braun模型和载流子的漂流扩散模型为理论基础,对稳态时器件的电流-电压曲线进行了定量的描述。 【关键词】：聚合物太阳能电池 TiO_x NiO_x 光吸收
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 引言8-9
• 1.2 有机聚合物太阳能电池研究发展过程9-14
• 1.3 有机聚合物太阳能电池基本原理与等效电路14-17
• 1.3.1 基本工作原理14-16
• 1.3.2 等效电路16-17
• 1.4 有机聚合物太阳能电池主要表征参数17-20
• 1.4.1 短路电流密度(JSC)18
• 1.4.2 开路电压(VOC)18
• 1.4.3 填充因子(FF)18-19
• 1.4.4 转化效率19-20
• 1.5 本论文的主要工作20-21
• 第二章 半导体聚合物材料的电学特性和光学性质21-30
• 2.1 引言21
• 2.2 半导体聚合物材料的电学特性21-23
• 2.2.1 聚合物材料的掺杂与导电原理21-22
• 2.2.2 聚噻吩及其衍生物22-23
• 2.3 器件内部光吸收理论23-29
• 2.3.1 基本材料的光学参数及其相互关系23-25
• 2.3.2 光学传递矩阵25-27
• 2.3.3 光电转化理论27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 双层有机无机异质结太阳能电池制备与研究30-47
• 3.1 引言30
• 3.2 实验中的电池材料30-35
• 3.2.1 聚合物功能层材料30-32
• 3.2.2 氧化钛(TIOX)薄膜材料32-35
• 3.3 有机聚合物太阳能电池器件的制备35-40
• 3.3.1 器件能级分析35
• 3.3.2 器件制备工艺流程35-39
• 3.3.3 器件测试39-40
• 3.4 器件的分析与讨论40-46
• 3.4.1 单层器件的性能40-41
• 3.4.2 双层器件的性能41-44
• 3.4.3 本体异质结器件的性能44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 阳极缓冲层对有机聚合物太阳能电池光吸收增强的研究47-67
• 4.1 引言47
• 4.2 器件中的电池材料47-54
• 4.2.1 实验用到的材料47
• 4.2.2 PCBM47-48
• 4.2.3 PEDOT:PSS48-50
• 4.2.4 NIOX的制备50-54
• 4.3 器件的制备和测试54-56
• 4.3.1 器件能级分析54
• 4.3.2 器件的制备流程54-55
• 4.3.3 器件测试55-56
• 4.4 器件分析与讨论56-66
• 4.4.1 光吸收56-58
• 4.4.2 PEDOT：PSS的器件58-61
• 4.4.3 NIOX的器件61-65
• 4.4.4 器件数值模拟65-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 结论67-70
• 5.1 结论67
• 5.2 研究展望67-70
• 参考文献70-76
• 在学期间的研究成果76-77
• 致谢77

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