基于P3HT-PCBM太阳能电池柔性基板电极无刻蚀研究

【摘要】：随着社会经济的发展，能源枯竭和环境污染问题使很多国家致力于开发可再生能源的研究，因而绿色环保的太阳能电池是当今许多国家研究的重点。基于有机半导体材料的太阳能电池器件具有可挠性，制作流程较为简单，可以在常温下制作，价格便宜，环境友好等优点，具有很大的发展潜力。近年来，人们开发出的用于太阳能电池的有机半导体材料种类繁多，这些材料中，以Poly (3-hexylthiophene)(P3HT)和[6,6]-phenylC61butyric acid methyl ester (PCBM)的混合物作为活性层制作的电池效率较高，得到了众多研究者的认可。因此，本论文以该材料为基础探索太阳能电池的制作工艺及性能评价。 首先，本文介绍了在制作太阳能电池过程中，Indium-Tin Oxide (ITO)基板传统制作方法，指出了这种方法的缺点与不足，并提出了相应的改进意见。然后介绍了本研究的不通过刻蚀制作电池的方法，以及这种方法的优点。结果表明这种方法可以有效地减少太阳能电池在制作过程中遭到的破坏。 其次，作者详细介绍了柔性ITO基板制作太阳能电池的工艺流程以及电池的性能评价。作者通过相同条件下使用柔性基板和玻璃基板制作出太阳能电池，并比较了两种电池的光电转换效率及其随时间的衰减规律。结果表明，柔性基板由于其自身材料的性质，包括透光率和导电率等原因，导致了电池的性能较低。 最后，作者介绍了改进太阳能电池的制作方法，将制作的电池实施封装与未封装性能进行对比。作者测试了开路电压，短路电流，转换效率以及衰减情况。研究有机太阳能电池在两种条件下的性能差异。通过对比发现，经过封装的太阳能电池在性能上明显优越于未经封装的太阳能电池，且经过封装的太阳能电池的性能稳定性更好，且开路电压、短路电流和转换效率都有明显的提高。同时，本文对实验过程中的有关需要注意的细节进行了详细阐述。 【关键词】：有机半导体 太阳能电池 柔性基板 转换效率 刻蚀 封装
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 有机太阳能发展的历程10-13
• 第二章 太阳能电池的工作原理13-33
• 2.1 有机太阳能电池的基本理论13-20
• 2.1.1 太阳能电池的基本原理13
• 2.1.2 p‐n 结的形成原理13-14
• 2.1.3 光伏效应14-15
• 2.1.4 能带理论15-16
• 2.1.5 光生伏打效应16-18
• 2.1.6 光电转换过程18-20
• 2.2 有机太阳能电池原理20-21
• 2.3 有机光伏器件的结构和材料21-25
• 2.3.1 有机光伏器件的结构21-23
• 2.3.2 制作有机太阳能电池的主要材料23-25
• 2.4 异质结太阳能电池的介绍25-27
• 2.4.1 异质结太阳能电池能级结构及工作原理26-27
• 2.4.2 体异质结有机太阳能电池27
• 2.5 有机/无机太阳能电池电路分析27-29
• 2.6 太阳能电池的性能参数与光伏特性29-33
• 2.6.1 光电转换效率 PCE30
• 2.6.2 短路电流(ISC)30
• 2.6.3 开路电压(Voc)30-31
• 2.6.4 填充因子(Fill Factor)31-33
• 第三章 太阳能电池制作流程33-51
• 3.1 实验材料和仪器33-34
• 3.1.1 实验材料33
• 3.1.2 实验仪器33-34
• 3.2 传统实验流程34-42
• 3.2.1 ITO 基板的清洗34-35
• 3.2.2 贴胶带35-36
• 3.2.3 刻蚀36-37
• 3.2.4 去胶 清洗37-38
• 3.2.5 PEDOT: PSS 成膜38-39
• 3.2.6 有机活性层成膜39-40
• 3.2.7 阴极溅射40-42
• 3.3 不通过刻蚀的太阳能电池制作方法42-49
• 3.3.1 ITO 基板清洗44
• 3.3.2 PEDOT: PSS 成膜44
• 3.3.3 有机活性层成膜44-45
• 3.3.4 胶带粘贴45-46
• 3.3.5 Al 阴极溅射46-47
• 3.3.6 去胶47
• 3.3.7 多余有机层擦除47-48
• 3.3.8 电极引出48-49
• 3.4 小结49-51
• 第四章 太阳能电池性能测试51-61
• 4.1 柔性基与玻璃基电池对比研究实验51-56
• 4.1.1 实验步骤与方法51-52
• 4.1.2 数据处理与分析52-54
• 4.1.3 小结54-56
• 4.2 封装对太阳能电池性能的影响56-61
• 4.2.1 实验目的56
• 4.2.2 实验方法56
• 4.2.3 数据处理与分析56-59
• 4.2.4 小结59-61
• 第五章 总结61-63
• 参考文献63-65
• 致谢65-66
• 攻读学位期间发表的学术论文66-67

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