高效有机聚合物太阳能电池的制备及性能表征

【摘要】：聚合物太阳能电池(PSCs)与传统的无机太阳能电池相比具有制备方法简单(可采用喷涂,刮涂等方法制备)、成本低、重量轻以及可制备大面积柔性器件等优点而受到广泛关注。但是目前聚合物太阳能电池的能量转换效率(PCE)以及器件稳定性还无法与无机太阳能电池相抗衡,还不能实现商业化。为了改善聚合物太阳能电池性能,本论文主要从器件结构的优化、电池界面的优化以及新材料的设计合成三个角度展开工作,具体如下： (1)为了提高聚合物太阳能电池的稳定性,以TIPD作电子收集层,制备了ITO/TIPD/PBDTTT-C:PC71BM/MoO3/Al结构的反向结构聚合物太阳能电池。该器件在AM1.5G,100mW/cm2的光照条件下PCE达到7.36%,相比于该材料正向结构的光电转换效率(6.44%)提高了14%。 (2)分别以PEDOT:PSS、二(乙酰丙酮)氧化钼(MoOAA)、二(乙酰丙酮)氧化饥(VOAA)作为空穴传输层制备了ITO/PEDOT:PSS (MoOAA VOAA)/P3HT:PC61BM/Ca/Al结构的太阳能电池。用MoOAA传空穴传输层时,基于P3HT:PC61BM体系的转换效率为432%；基于P3HT:IC60BA体系的转换效率为6.38%。用VOAA作空穴传输层时,基于P3HT:PC61BM体系的转换效率为4.24%；基于P3HT:IC60BA体系的转换效率为6.20%。 (3)以P3HT为电子给体,富勒烯衍生物NC60BA为受体材料,制备了ITO/PEDOT:PSS/P3HT:NC60BA/Ca/Al结构的聚合物太阳能电池。在溶剂退火条件下,通过优化给受体比例、活性层厚度以及活性层的退火温度来提高器件性能,在AM1.5G,100mW/cm2光照条件下性能达到最优,Voc为0.82V,JSC为9.88mA/cm2, FF为67%,PCE为5.37%。由于NC60BA是无定形的,基于P3HT:NC60BA体系的太阳能电池具有较好的热稳定性,在150℃下加热20h后,器件效率仍然保持在4.5%以上 【关键词】：共轭聚合物 体异质结 反向太阳能电池 空穴传输层 富勒烯衍生物
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-29
• 1.1 聚合物太阳能电池简介10-13
• 1.2 聚合物太阳能电池的工作原理及性能参数13-18
• 1.2.1 聚合物太阳能电池的工作原理13-16
• 1.2.2 聚合物太阳能电池的性能参数16-18
• 1.3 有机光伏电池的研究现状与发展趋势18-26
• 1.3.1 聚合物给体材料研究进展18-23
• 1.3.1.1 主链具有D-A结构的聚合物19-21
• 1.3.1.2 支链共轭聚合物21-23
• 1.3.2 富勒烯受体材料23-26
• 1.4 本论文选题依据及研究内容26-29
• 第二章 聚合物太阳能电池的制备及性能表征29-35
• 2.1 引言29
• 2.2 材料的物理和电化学性质表征29-31
• 2.2.1 实验所用仪器与装置29
• 2.2.2 物理性质表征29
• 2.2.3 电化学性质表征29-31
• 2.3 聚合物太阳能电池的制备31-33
• 2.3.1 实验所用材料及仪器31
• 2.3.2 聚合物太阳能电池的制备流程31-33
• 2.4 聚合物太阳能电池的性能表征33-34
• 2.4.1 主要仪器设备33-34
• 2.4.2 有机太阳能电池性能测试34
• 2.5 聚合物太阳能电池的形貌表征34-35
• 第三章 反向聚合物太阳能电池的制备及性能表征35-50
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-37
• 3.2.1 材料36
• 3.2.2 仪器与测试方法36
• 3.2.3 器件制备与表征36-37
• 3.3 结果与讨论37-49
• 3.3.1 材料的合成与表征37-39
• 3.3.2 反向结构与正向结构的对比39-43
• 3.3.3 反向太阳能电池性能的影响因素43-49
• 3.3.3.1 TIPD厚度对器件性能的影响43-45
• 3.3.3.2 TIPD退火温度对器件性能的影响45-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 醇溶性修饰层在聚合物太阳能电池中的应用50-61
• 4.1 引言50-51
• 4.2 实验部分51
• 4.2.1 材料51
• 4.2.2 仪器与测试方法51
• 4.2.3 器件制备与表征51
• 4.3 结果与讨论51-60
• 4.3.1 材料性质51-52
• 4.3.2 二(乙酰丙酮)氧化钼作为空穴传输层52-56
• 4.3.2.1 基于P3HT：PCBM体系的光伏性能53-55
• 4.3.2.2 基于P3HT：IC_(60)BA体系的光伏性能55-56
• 4.3.3 二(乙酰丙酮)氧化钒作为空穴传输层56-60
• 4.3.3.1 基于P3HT：PCBM体系的光伏性能56-58
• 4.3.3.2 基于P3HT：IC_(60)BA体系的光伏性能58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 基于P3HT与二荼基C_(60)衍生物的聚合物光伏器件的优化61-72
• 5.1 引言61-63
• 5.2 实验部分63
• 5.2.1 材料63
• 5.2.2 仪器与测试方法63
• 5.2.3 器件制备与表征63
• 5.3 结果与讨论63-71
• 5.3.1 材料的合成与表征63-67
• 5.3.1.1 NC_(60)BA的合成63-65
• 5.3.1.2 NC_(60)BA的紫外-可见吸收光谱65
• 5.3.1.3 电化学性质测试65-66
• 5.3.1.4 材料的热性能测试66-67
• 5.3.2 材料的光伏性能67-71
• 5.3.2.1 给受体比例对器件性能的影响67-68
• 5.3.2.2 热退火温度对器件性能的影响68-69
• 5.3.2.3 太阳能电池的热稳定性69-70
• 5.3.2.4 NC_(60)BA与PC_(61)BM光伏性能比较70-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-86
• 攻读硕士期间科研成果86-87

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