基于聚四氟乙烯有机/聚合物太阳能电池研究

【摘要】：现在人类面临着严峻的能源危机和生态环境的不断恶化，所以改变现有的能源结构、发展清洁能源已经成为世界各国都非常重视的课题。太阳能具有清洁、可再生等特点，而太阳能电池是利用太阳能的主要形式之一。许多发达国家正积极开发低成本薄膜光伏电池技术。目前市场上主要的太阳能电池产品还是以单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池为主，但是这些电池设计比较难、生产工艺复杂、成本高，这些因素是制约这一可再生能源充分利用的最大障碍。开发低成本、环境友好、资源丰富的下一代太阳电池是当前发展新型光伏技术的核心问题，基于各种新结构、新材料的太阳能电池应运而生，而有机/聚合物太阳能电池以其成本低、重量轻、生产工艺简单等优点，逐渐被人们重视。针对有机/聚合物太阳能电池，本论文进行以下几个方面研究： 1、第三章，我们在ITO电极上加入一层PTFE膜，制成结构为ITO/PTFE/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al的双缓冲层光伏器件，然后与未加入PTFE膜的光伏器件进行比较。发现器件中加入PTFE膜后，器件的短路电流得到很大提高，开路电压从0.43V增加到0.54V。当器件中PTFE膜的厚度为3nm时，器件的光电转换效率要比未加入PTFE膜的器件提高40%。 2、第四章，我们制备了结构为ITO/PTFE/P3HT:PCBM/Al的光伏电池，测试结果表明，由于PTFE是电绝缘材料，体电阻非常大，使光伏器件的短路电流会随着PTFE膜厚度的增加先增大然后减小。PTFE缓冲层可以提高ITO表面功函数，导致器件的开路电压会随着PTFE膜厚度的增加而增大，从0.35V提升到0.55V。当PTFE膜厚度为2nm时，器件的光电转换效率达到2.27%。 3、第五章，我们对基于聚四氟乙烯缓冲层的有机小分子光伏器件进行研究，制备结构为ITO/PTFE/CuPc/C_(60)/BCP/Al的光伏器件，并选取结构为ITO/PEDOT:PSS/CuPc/C_(60)/BCP/Al和ITO/CuPc/C_(60)/BCP/Al作为参考器件。发现用PTFE作为器件的缓冲层要比PEDOT:PSS作缓冲层的器件性能更好。当PTFE膜厚为0.3nm时，器件的短路电流要比未加入PTFE的器件增加75%，而它们的开路电压相同。当PTFE膜厚度增加时，器件的开路电压也随之增大。当PTFE(0.5nm)经过紫外辐照5min，光伏器件的光电转效率达到1.58%。 综上所述，以聚四氟乙烯（PTFE）作为光伏器件的缓冲层，可以有效的提高器件的开路电压、短路电流和功率转换效率，改善光伏器件的光电性能。所以，聚四氟乙烯材料在光伏电池中将会有广阔的应用前景。 【关键词】：聚四氟乙烯 短路电流 缓冲层 太阳能电池 光电转换效率
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 太阳能电池发展历程11-13
• 1.2 器件主要结构13-15
• 1.3 有机太阳能电池的结构种类15-19
• 1.4 衡量有机太阳能电池光电转换效率的基本参数19-20
• 1.5 有机聚合物太阳能电池材料20-24
• 1.5.1 给体材料21-22
• 1.5.2 受体材料22-24
• 1.5.3 阻挡层材料24
• 1.6 有机聚合物太阳能电池的研究现状24-27
• 1.7 本论文的主要工作27-29
• 第二章 实验方法29-34
• 2.1 实验试剂与仪器29-30
• 2.1.1 主要试剂29
• 2.1.2 主要器材29-30
• 2.2 器件制备方法30-32
• 2.2.1 基片处理30
• 2.2.2 旋涂工艺30-31
• 2.2.3 高真空蒸镀工艺31-32
• 2.3 测试系统32-34
• 2.3.1 太阳模拟器32
• 2.3.2 光伏器件参数特性曲线32-34
• 第三章 对光伏器件引入新型缓冲层的的研究34-40
• 3.1 引言34
• 3.2 实验背景34-35
• 3.3 实验思路35
• 3.4 实验过程35-36
• 3.5 实验结果与分析36-39
• 3.5.1 PTFE缓冲层对短路电流密度Jsc的影响37-38
• 3.5.2 PTFE缓冲层对开路电压Voc的影响38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第四章 对聚四氟乙烯缓冲层有机聚合物光伏器件研究40-47
• 4.1 引言40
• 4.2 实验背景与思路40-41
• 4.3 实验过程41-42
• 4.4 实验结果与分析42-46
• 4.4.1 聚四氟乙烯膜厚度对短路电流密度Jsc的影响43-44
• 4.4.2 聚四氟乙烯膜厚度对开路电压Voc的影响44
• 4.4.3 聚四氟乙烯膜厚度对功率转换效率的影响44-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第五章 对聚四氟乙烯缓冲层有机小分子光伏器件的研究47-54
• 5.1 引言47
• 5.2 实验思路47
• 5.3 实验过程47-48
• 5.4 实验结果与分析48-53
• 5.4.1 PTFE厚度对短路电流密度Jsc和开路电压Voc的影响48-50
• 5.4.2 紫外辐照PTFE膜对器件性能的影响50-53
• 5.5 本章小结53-54
• 第六章 总结54-56
• 参考文献56-63
• 作者简介及科研成果63-64
• 致谢64-65

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