P3HT-TiO_2异质结太阳能电池材料及器件的研究

【摘要】： 本课题组在早期工作中,以导电态聚苯胺作为P型半导体材料与N型的纳米晶体TiO2组装制备出具有良好整流特性的光伏电池,在50mW/cm2模拟太阳光条件下短路电流达到0.12mA,开路电压为0.38V。合成了聚3-己基噻吩,合成产物的吸收光谱在500-600nm波段有强的吸收峰。 本论文用二氧化钛与聚三己基噻吩为材料设计并制作了无机-有机异质结太阳能电池。用Keithley,SMU2601测得在AM1.5G光照下,开路电压达到0.75V,短路电流0.8mA,效率为0.24%。实验发现不同溶剂溶解P3HT制得的器件性能差别较大,氯苯作溶剂时,器件性能达到最优。通过向二氧化钛溶胶中掺入PEG,来改变二氧化钛固体薄膜的表面粗糙度,增大二氧化钛与P3HT的接触面积,提高器件性能,并通过改变PEG浓度,发现在10g二氧化钛中掺入1.5gPEG时,效果最好。 在二氧化钛与P3HT的叠层结构中夹一层有机小分子酞菁铜(CuPc)作光敏化层。CuPc的吸收光谱在400-500nm及600-700nm波段有两个吸收峰。在二氧化钛和P3HT之间加入CuPc后,复合吸收光谱得到明显的扩展,在400-700nm波段都有强吸收。测得器件的光电流达到1.5mA,效率达到0.3%,比未加CuPc的器件提高了25%。通过对比试验发现CuPc为20nm时,效果最佳。 【关键词】：太阳能电池 聚(3-己基噻吩) 二氧化钛 酞菁铜
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 提要4-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 引言8-9
• 1.2 导电高分子材料的概念及应用9-11
• 1.3 有机太阳能电池国内外研究现状11-18
• 1.4 本论文的主要工作18-19
• 第二章 有机聚合物太阳能电池工作原理及其材料制备19-32
• 2.1 太阳能电池基本原理19-20
• 2.2 有机聚合物太阳能电池基本原理20-23
• 2.2.1 光生载流子的产生21-22
• 2.2.2 光生载流子的传输、复合与收集22-23
• 2.3 有机太阳能电池的主要参数23-25
• 2.3.1 太阳能电池的开路电压23
• 2.3.2 太阳能电池的短路电流23
• 2.3.3 太阳能电池的填充因子23-24
• 2.3.4 太阳能电池的效率24
• 2.3.5 太阳能电池的光谱特性24-25
• 2.4 有机太阳能电池材料制备25-30
• 2.4.1 二氧化钛薄膜的制备及表征25-28
• 2.4.2 聚三己基噻吩的制备和表征28-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 TiO_2/P3HT 太阳能电池的制备及测试32-48
• 3.1 无机/有机太阳能电池结构设计32-34
• 3.1.1 典型的四种太阳能电池结构32-33
• 3.1.2 新型结构的设计33-34
• 3.2 器件的能级分析34-35
• 3.3 器件制作的工艺流程35-39
• 3.3.1 ITO 导电玻璃的处理35-36
• 3.3.2 二氧化钛固体薄膜的制作36-37
• 3.3.3 P3HT 薄膜的制备37-38
• 3.3.4 金电极的制作38-39
• 3.4 器件的参数测量39-42
• 3.4.1 光响应特性39-41
• 3.4.2 器件的吸收光谱41-42
• 3.5 P3HT 在不同溶剂下对器件性能的影响42-44
• 3.6 TiO_2 掺PEG 对器件性能的影响44-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第四章 TiO_2/CUPC/P3HT 太阳能电池的制备与表征48-57
• 4.1 CUPC 的性质及应用48-50
• 4.2 器件结构设计及能级分析50-51
• 4.2.1 器件结构50
• 4.2.2 器件能级分析50-51
• 4.3 器件的制作51
• 4.4 器件的参数测量51-54
• 4.4.1 光响应特性51-53
• 4.4.2 器件的吸收光谱53-54
• 4.5 CUPC 厚度对器件性能的影响54-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 总结57-59
• 参考文献59-63
• 摘要63-65
• ABSTRACT65-68
• 致谢68

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