有机太阳能电池的界面修饰和电荷转移激子的研究

【摘要】：有机太阳能电池具有成本低廉，材料来源广泛，质量轻，耗能少，易制备成大面积柔性器件等优点，被认为是第三代光伏器件的代表之一。为了使有机太阳能电池的光电转换效率达到实用化标准，世界各国的研究人员开展了大量的探索性工作。本文以提高有机太阳能电池的光电转换效率为主要目的，对新型阴极缓冲层材料、退火与溶剂添加剂处理工艺和掺杂染料分子三种方法进行了研究。因此，本文的主要工作分为以下三个部分： 1、研究了阴极缓冲层材料对平面异质结小分子反型结构太阳能电池的影响。本文采用了几种常用的电子传输材料作为小分子反型结构电池的阴极缓冲层，比较了几种材料的LUMO能级和电子迁移率对器件性能的影响。并且本工作首次采用了碟形液晶材料HATNA作为有机太阳能电池的阴极缓冲层，获得了较好的效果。最后，利用空间电荷限制电流理论对电流-电压关系进行拟合，得到的结果表明加入HATNA阴极缓冲层可以使界面肖特基势垒降低27%。 2、研究了热退火过程和加入溶剂添加剂对基于方酸类小分子体异质结电池性能的影响。论文首先探索了热退火的最佳温度和溶剂添加剂的最优比例。然后，通过对薄膜形貌和载流子迁移率的研究，解释了退火温度和添加剂的比例对光活性层的影响。最后，本文根据Onsager-Braun理论对电池的光电流-电压关系进行拟合，拟合结果表明热退火和溶剂添加剂可以有效地降低CT激子的复合率，提高载流子的产生率，从而提高电池的光电转换效率。 3、研究了加入染料分子的三元混合体系对聚合物体异质结电池性能的影响。本论文通过在传统的P3HT：PCBM聚合物体异质结电池中加入少量染料分子的方法，来提高电池的性能，并且研究了不同掺杂比例下器件性能的变化。研究结果表明通过掺杂3.5wt%的Rubrene，电池的短路电流和光电转换效率可以分别提升23.1%和23.4%。紫外-可见吸收光谱测试证明了染料分子能够提高光活性层在400~550nm的吸收率。利用Onsager-Braun理论进行拟合的结果说明了染料分子的掺杂可以提高CT激子的分离率，从而解释了短路电流增加的原因。 【关键词】：有机太阳能电池 阴极缓冲层 热退火 溶剂添加剂 三元混合体系
【学位授予单位】：电子科技大学
【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10-19
• 1.1 有机太阳能电池的研究背景10-11
• 1.2 有机太阳能电池的发展现状11-17
• 1.2.1 小分子太阳能电池的研究进展12-14
• 1.2.2 聚合物太阳能电池的研究进展14-16
• 1.2.3 有机太阳能电池目前存在的主要问题16-17
• 1.3 本论文的主要工作17-19
• 第二章 有机太阳能电池的光伏机理19-30
• 2.1 有机太阳能电池的性能参数19-22
• 2.2 有机太阳能电池的光伏机理22-29
• 2.2.1 有机太阳能电池的光伏机理概述22-23
• 2.2.2 激子的产生23-25
• 2.2.3 激子的扩散25-26
• 2.2.4 激子的分离26-28
• 2.2.5 载流子的收集28-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 有机太阳能电池的制备工艺30-35
• 3.1 有机太阳能电池的制备系统30-31
• 3.2 有机太阳能电池的制备流程31-33
• 3.3 有机太阳能电池的测试平台33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 平面异质结反型电池的阴极缓冲层的研究35-43
• 4.1 不同阴极缓冲层电池的器件性能35-38
• 4.2 阴极缓冲层的能级和迁移率对器件性能的影响38-40
• 4.3 阴极缓冲层对界面势垒的影响40-42
• 4.4 本章小结42-43
• 第五章 热退火和溶剂添加剂对小分子体异质结电池的影响43-55
• 5.1 热退火对小分子太阳能电池的影响43-46
• 5.2 溶剂添加剂对小分子太阳能电池的影响46-51
• 5.3 小分子太阳能电池 CT 激子的运动过程研究51-53
• 5.4 本章小结53-55
• 第六章 三元混合体异质结太阳能电池的研究55-63
• 6.1 三元混合体系太阳能电池的光伏特性56-58
• 6.2 染料分子的分布和对电荷转移过程的影响58-60
• 6.3 三元混合体系电池中 CT 激子的运动过程研究60-62
• 6.4 本章小结62-63
• 第七章 总结与展望63-65
• 7.1 总结63-64
• 7.2 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-75
• 攻硕期间取得的研究成果75-76

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