混合给体有机小分子光伏器件性能的研究

【摘要】：太阳能电池是当今利用太阳能的主要方式之一,有机薄膜太阳能电池以其成本低、材料来源广泛、制作工艺简单等优点,受到世界各国的密切关注,但是和无机太阳能电池相比,其效率还是偏低。首先研究了阴极修饰层Bphen在有机薄膜太阳能电池中的作用,制备了有机太阳能电池:ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Bphen/Ag。随着Bphen缓冲层厚度的增加,短路电流密度Jsc先增大后减小;当Bphen的厚度增加到10 nm时,短路电流密度达到最大值,为12.64 mA/cm2,开路电压从0.06 V增加到0.56 V,提高了一个数量级。阴极修饰层Bphen的加入,有效的提高了器件的开路电压和短路电流密度等参数,从而提高了柔性有机薄膜光伏器件的光电转换效率。其次基于上述中Bphen作为阴极缓冲层的这一结构,对薄层双给体型器件进行了研究。首先采用Pentacene和Rubrene的组合,制作了器件ITO/PEDOT:PSS/P entacene/Rubrene/C60/Bphen/Ag,结果显示,器件Pentacene(5 nm)/Rubrene(15 nm)的电池效率提升最大,从最低单给体结构的0.821%提高到了1.132%,开路电压从最低的0.35 V提高到了0.67 V。然后我们采用了Rubrene/SubPc的组合,在此组实验中,转换效率最高的为器件Rubrene(5 nm)/SubPc(15 nm),为1.775%。最后的一组的Irppy3/Rubrene结构中,器件D即Irppy3(5 nm)/Rubrene(15 nm),效率最高,达到了1.176%。上述实验验证了双给体薄层型结构可大大提升电池器件的效率。最后在薄层双给体结构的基础上,将两层给体互相掺杂混合。首先采用的是Rubrene和SubPc的组合,给体层厚度为20 nm,控制Rubrene和SubPc的混合比例为1:0,3:1,1:1,1:3,0:1。混合型结构的器件的最大效率比薄层中的器件的最大效率提高了37.4%。其次采用的是Pentacene和Rubrene作为实验材料,给体层厚度同样为20 nm,控制Pentacene和Rubrene的混合比例为1:0,3:1,1:1,1:3,0:1。结合实验结果可以看出,Pentacene和Rubrene这两种材料组合中,薄层型结构最高转换效率为1.312%,混合型中为1.580%,提高了20.4%;Rubrene和SubPc这两种材料组合中,薄层型结构中最高转换效率为1.775%,混合型中为2.440%,提高了37.4%。所以看出互相混合型结构可使器件效率得到进一步的提高。 【关键词】：有机薄膜太阳能电池 阴极修饰层 双给体 薄层型结构 混合型结构
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究意义和背景10-12
• 1.2 太阳能电池发展史12-16
• 1.3 国内外光伏产业的现状16-19
• 1.4 本论文的主要贡献与创新19
• 1.5 本论文的结构安排19-20
• 第二章 太阳能电池20-33
• 2.1 光电太阳能电池的分类20-25
• 2.1.1 硅基太阳能电池20-23
• 2.1.2 非硅基无机半导体太阳能电池23-24
• 2.1.3 有机太阳能电池24-25
• 2.2 有机薄膜太阳能电池的基本结构25-28
• 2.2.1 单层结构25-26
• 2.2.2 双层结构26
• 2.2.3 三层及多层结构26-27
• 2.2.4 体异质结结构27
• 2.2.5 级联结构27-28
• 2.3 有机薄膜太阳能电池的作用原理28-30
• 2.3.1 半导体的光电效应28-29
• 2.3.2 有机薄膜太阳能电池的工作原理29-30
• 2.4 有机薄膜太阳能电池的基本参数30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 阴极修饰层和双给体薄层型结构对器件性能的影响33-53
• 3.1 阴极修饰层器件的制备33-39
• 3.1.1 实验材料33-34
• 3.1.2 实验设备34-36
• 3.1.3 器件的制备和测试36-37
• 3.1.4 实验结果和分析37-39
• 3.2 双给体薄层型器件的制备39-51
• 3.2.1 实验材料39-42
• 3.2.2 实验器件的制备和测试42
• 3.2.3 实验结果分析42-51
• 3.2.3.1 Pentacene和Rubrene作为双给体层对器件性能的研究42-45
• 3.2.3.2 SubPc和Rubrene作为双给体层对器件性能的研究45-48
• 3.2.3.3 Irppy3和Rubrene作为双给体层对器件性能的研究48-51
• 3.3 本章小结51-53
• 第四章 双给体互相混合型结构对器件性能的影响53-62
• 4.1 实验准备53
• 4.2 实验结果及分析53-61
• 4.2.1 Rubrene和SubPc的混合53-58
• 4.2.2 Pentacene和Rubrene的混合58-61
• 4.3 本章小结61-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士期间取得的成果70-71

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