聚合物和小分子有机太阳能电池的制备和表征

【摘要】：有机半导体太阳能电池具有易于制备,成本低廉,可以制成大面积柔性器件,和材料的选择丰富多样等诸多优点。因此,有机太阳能电池研究近年受到广泛关注。 本文围绕聚三己基噻吩(P3HT)与6,6-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)共混体异质结材料体系的器件进行了干燥和退火过程对太阳能电池性能影响的研究,详细分析了不同的处理方式对器件结构的影响。同时对基于小分子材料的PMHJ结构器件进行了初步实验探索。本文主要内容及结论如下： 1,制备了多组结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Ca/Al器件,通过对不同干燥方式进行对比,结果发现,倒置干燥能够使器件能量转化效率和短路电流明显提高。利用SEM和AFM表征发现,相对于正常干燥,倒置干燥能够对活性层薄膜微结构产生较大影响,使材料的聚合程度和定向性变得更好。而且倒置干燥的方式对于不同厚度活性层的器件都有显著改善效果。 2,基于P3HT:PCBM材料,制备有机太阳能电池器件,系统研究了不同退火温度和时间器件性能的影响,得出结论：在本实验室,120℃退火15分钟能够使器件性能达到最佳。通过SEM截面和AFM表面形貌分析了退火对器件微结构的影响,发现热退火对于倒置干燥的优化方法有促进作用。 3,利用真空热蒸发对并五苯,酞菁铜,富勒烯等常见光伏材料的薄膜生长条件进行了探索,并分别通过AFM进行了表征,发现真空热蒸镀能够得到较为优质的有机小分子薄膜。通过滚筒镀膜机制备了基于并五苯和富勒烯的有机太阳能电池,并对比了双层结构和PMHJ结构的器件性能,PMHJ结构器件性能明显提高。同时,本部分工作也为有机太阳能电池的大面积制备工艺提供了技术基础。 【关键词】：有机太阳能电池 光电转化效率 倒置干燥 热退火 PMHJ结构
【学位授予单位】：大连理工大学
【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
• 1 绪论9-20
• 1.1 有机太阳能电池的发展历史及现状9-10
• 1.2 有机太阳能电池的基本理论10-14
• 1.2.1 光生伏特效应10-12
• 1.2.2 有机太阳能电池的能带理论12-13
• 1.2.3 有机太阳能电池的等效电路分析13-14
• 1.3 常见有机太阳能电池的材料14-16
• 1.3.1 活性层材料的选择14-16
• 1.3.2 电极材料的选择16
• 1.4 有机太阳能电池的常见器件结构16-19
• 1.4.1 双层结构太阳能电池17
• 1.4.2 体相异质结太阳能电池17-18
• 1.4.3 PMHJ结构电池18
• 1.4.4 叠层电池结构18-19
• 1.5 本论文的主要研究工作19-20
• 2 有机太阳能电池的制备与表征20-33
• 2.1 有机太阳能电池的制备20-26
• 2.1.1 阳极ITO衬底的设计和处理过程20-21
• 2.1.2 PEDOT:PSS缓冲层的制备21
• 2.1.3 活性层的制备21-23
• 2.1.4 干燥处理过程23
• 2.1.5 退火处理过程23
• 2.1.6 金属电极的制备23-24
• 2.1.7 封装过程24-25
• 2.1.8 手套箱系统25-26
• 2.2 有机太阳能电池的测试和表征技术26-33
• 2.2.1 I-V测试系统26-28
• 2.2.3 外量子效率(IPCE)测试系统28-29
• 2.2.4 紫外-可见光谱测试系统29-30
• 2.2.5 原子力显微镜测试系统30-31
• 2.2.6 扫描电子显微镜测试系统31-33
• 3 倒置干燥对有机太阳能电池影响33-41
• 3.1 引言33
• 3.2 器件制备33-34
• 3.3 实验结果与讨论34-39
• 3.3.1 I-V测试分析34-36
• 3.3.2 紫外-可见吸收光谱测试分析36-37
• 3.3.3 SEM截面分析37-38
• 3.3.4 AFM表面形貌分析38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 4 热退火对有机太阳能电池的影响41-50
• 4.1 引言41
• 4.2 器件制备41
• 4.3 实验结果与讨论41-48
• 4.3.1 I-V测试与分析41-42
• 4.3.2 SEM截面分析42-44
• 4.3.3 AFM形貌分析44-45
• 4.3.4 退火时间的影响45-46
• 4.3.5 退火温度的影响46-48
• 4.4 本章小结48-50
• 5 有机小分子太阳能电池实验探索50-56
• 5.1 引言50
• 5.2 PMHJ结构有机小分子太阳能电池的制备50-56
• 5.2.1 利用滚筒镀膜机制备有机小分子薄膜50-53
• 5.2.2 有机小分子太阳能电池的制备和测试53-56
• 结论56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况61-62
• 致谢62-63

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