聚合物太阳能电池的光致老化机理及器件稳定性的研究

【摘要】：聚合物太阳能电池是一种将光能直接转换为电能的固体薄膜器件，具有生产成本低，重量轻，可柔性制备等优点，近年来受到学界与相关产业界的广泛关注，但其稳定性一直是一个薄弱环节。本文主要从聚合物太阳能电池的光致老化机理及器件稳定性方面展开研究，主要研究内容如下： 首先，研究了位阻胺TMP对聚合物太阳能电池活性层材料稳定性的影响。本研究采用的活性层给体有两种，分别是P3HT和MEH-PPV。将活性层薄膜和加入位阻胺TMP的活性层薄膜一起置于UV-O3的辐照下处理，从而加速共轭聚合物的光致老化，老化后通过中红外分析仪和紫外-可见分光光度计测试聚合物分子结构的变化和对紫外-可见光吸收的变化，分析其光致老化机理并对老化的实验结果进行对比分析。红外光谱分析表明添加位阻胺的聚合物分子结构遭到破坏的程度比较小，位阻胺TMP能够抑制共轭结构的破坏，提高材料的结构稳定性，材料的结构决定性能，结构的稳定性提高了，光电性能的稳定性也将随之提高。紫外-可见光吸收表明添加了位阻胺的聚合物对可见光吸收的下降程度也要比未添加位阻胺的小很多，能够在一定程度上保持聚合物分子链的有序性。说明在共轭聚合物薄膜中添加少量位阻胺可以在一定程度上抑制光致老化的发生，提高共轭聚合物的稳定性。 其次，研究了位阻胺TMP对聚合物太阳能电池稳定性的影响，活性层材料还是选用两种，分别是P3HT:PCBM和MEH-PPV:PCBM。用P3HT:PCBM作为活性层的太阳能电池：在UV照射1h后蒸镀电极，未掺杂位阻胺的器件能量转换效率下降了46%，而掺杂位阻胺的器件能量转换效率只下降了39%；活性层在UV下照射5min后蒸镀电极，未掺杂TMP器件的能量转换效率下降了17%，而掺杂了抗氧化剂的器件能量转换效率则只下降了12%，测试完的器件置于干燥器中6h，未掺杂TMP的电池能量转换效率下降了46%，而掺杂了抗氧化剂的器件能量转换效率则只下降了27%，说明加入的位阻胺起到了抗氧化效果；器件在干燥器中放置24h，未掺杂抗氧化剂的器件效率下降了87%，而掺杂TMP器件下降得低一些，为63%；器件在空气中放置3h，因为空气中水含量的增多加重了对活性层材料的影响，所有器件的能量转换效率都下降的非常严重，未掺杂抗氧化剂的器件效率下降了90%，而掺杂TMP的器件效率下降也高达72%。本研究还设置了用MEH-PPV:PCBM作为活性层的电池实验，也得到了掺杂位阻胺的器件能量转换效率下降慢的结果。两种不同活性层的聚合物太阳能电池结果都表明，位阻胺类材料对器件的光致老化有一定程度的抑制作用，有利于提高其稳定性。 【关键词】：聚合物太阳能电池 活性层 光致老化 稳定性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 聚合物太阳能电池及其稳定性的研究现状11-13
• 1.3 聚合物太阳能电池的材料稳定性13-17
• 1.3.1 活性层材料的稳定性13-17
• 1.3.2 电极材料的稳定性17
• 1.4 聚合物太阳能电池的寿命17-19
• 1.5 本论文研究内容19-20
• 第2章 实验材料与方法20-28
• 2.1 实验材料及设备20-21
• 2.1.1 实验材料20-21
• 2.1.2 实验设备21
• 2.2 P3HT 及 MEH-PPV 样品的制备21-22
• 2.2.1 P3HT 及 MEH-PPV 薄膜的制备21-22
• 2.2.2 P3HT 及 MEH-PPV 薄膜的老化处理22
• 2.3 器件制备流程22-24
• 2.4 表征与测试方法24-28
• 2.4.1 薄膜的红外表征24-25
• 2.4.2 薄膜的紫外-可见光吸收表征25-27
• 2.4.3 器件的电流密度-电压曲线表征27-28
• 第3章 活性层材料 P3HT 的稳定性研究28-45
• 3.1 P3HT 中加入位阻胺的红外光谱分析28-34
• 3.1.1 P3HT 的红外光谱结果及光致老化机理分析28-32
• 3.1.2 位阻胺 TMP 对 P3HT 的稳定机理分析32-34
• 3.2 P3HT 中加入位阻胺的紫外-可见光吸收分析34-36
• 3.3 P3HT 作为活性层的器件的稳定性分析36-43
• 3.3.1 活性层 UV 照射 1h36-37
• 3.3.2 器件在干燥器中 24h37-39
• 3.3.3 活性层 UV 照射 5min39-42
• 3.3.4 器件在空气中放置 3h42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 活性层材料 MEH-PPV 的稳定性研究45-60
• 4.1 MEH-PPV 中加入位阻胺的红外光谱分析45-50
• 4.1.1 MEH-PPV 的红外光谱结果及光致老化机理分析45-48
• 4.1.2 位阻胺 TMP 对 MEH-PPV 的稳定机理分析48-50
• 4.2 MEH-PPV 中加入位阻胺的紫外-可见光吸收分析50-51
• 4.3 MEH-PPV 作为活性层的器件的稳定性分析51-58
• 4.3.1 活性层 UV 照射 1h51-52
• 4.3.2 器件在干燥器中 20h52-54
• 4.3.3 活性层 UV 照射 5min54-57
• 4.3.4 器件在空气中放置 2h57-58
• 4.4 本章小结58-60
• 结论60-61
• 参考文献61-66
• 致谢66

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