有机添加剂对噻吩类聚合物光活化层形貌及光伏性能影响的研究

【摘要】：与传统的无机太阳能电池相比，聚合物太阳能电池具有易于设计、成本低、质量轻、可大面积加工制造等优点，近年来备受关注。本文主要是围绕聚合物太阳能电池材料的合成、器件光活化层的吸收光谱及其形貌结构进行了研究。 首先，本文以苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(BDT)为给体单元，以4,7-二噻吩-2-基-2-1,1,3-苯并噻二唑（DTBT）为受体单元合成了一种新型共轭聚合物PBDTC10DBT。通过对该聚合物性能的初步表征，了解到PBDTC10DBT有很好的电化学性能。主要表现在聚合物的带隙较窄约为1.69eV，HOMO能级较深约为-5.20eV。 其次，本文系统的研究了PC_(61)BM不同的组分比不同对器件性能的影响，得出了当PBDTC10DBT:PC_(61)BM=1:2时，器件的性能达到最佳。此时，器件的V_(oc)=0.658V，Jsc=4.61mA/cm~2，PCE=1.57%。 最后，本文选用三种有机溶剂（1,8-辛二硫醇、1,8-二碘辛烷、1,8-二溴辛烷）作为添加剂，研究了不同添加剂及同种添加剂不同的添加量对器件光活化层形貌、吸收光谱及器件性能的影响。研究发现微量的添加剂能够提升基于PBDTC10DBT/PC_(61)BM的光伏器件的性能。通过运用原子力显微镜（AFM）和扫描电镜（SEM）我们发现添加剂能够改善器件光活化层的形貌，能够很好地控制相分离，在组分之间形成一种网络互传结构，这将大大地提高器件的短路电流。同时，研究也发现在三种添加剂中，1,8-二碘辛烷的表现最佳。通过向光活化层中加入3%的1,8-二碘辛烷可以使器件的短路电流由4.61mA/cm2提升至6.02mA/cm~2，器件的光电转换效率由1.57%提升到了2.23%。 通过该课题的研究，对器件的制作工艺方面进行了探索，也为高效光伏器件的形貌控制和微观相分离提供了借鉴。 【关键词】：聚合物太阳能电池 添加剂 1 8-二碘辛烷 相分离
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 引言8-10
• 1.2 有机太阳能电池10-12
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池11
• 1.2.2 有机小分子太阳能电池11-12
• 1.3 聚合物太阳能电池的研究进展和研究成果12-18
• 1.3.1 聚合物太阳能电池材料的研究12
• 1.3.2 聚合物太阳能电池器件结构的优化12-14
• 1.3.3 聚合物太阳能电池器件的工艺处理14-18
• 1.4 本论文的研究内容与实际意义18-20
• 第二章 聚合物太阳能电池的研究20-30
• 2.1 聚合物太阳能电池的基本原理20-22
• 2.2 太阳能电池的等效电路图22-23
• 2.3 描述聚合物太阳能电池的性能参数23-24
• 2.4 聚合物太阳能电池的加工技术24-26
• 2.4.1 图层和印刷技术24-26
• 2.4.2 卷对卷技术26
• 2.5 太阳能电池测试系统26-29
• 2.5.1 太阳能电池I-V测试系统26-27
• 2.5.2 太阳光模拟器及大气质量AM27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 新型聚合物PBDTC_(10)DBT的制备及表征30-36
• 3.1 引言30
• 3.2 新型聚合物PBDTC_(10)DBT的合成30-33
• 3.3 新型聚合物PBDTC_(10)DBT的性能表征33-35
• 3.3.1 PBDTC_(10)DBT的光吸收性能33-34
• 3.3.2 PBDTC_(10)DBT的电化学性能34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 基于PBDTC_(10)DBT/PC_(61)BM聚合物太阳能电池光伏性能的研究36-41
• 4.1 引言36
• 4.2 实验部分36-38
• 4.2.1 器件的制备36-38
• 4.2.2 器件的表征38
• 4.3 结果与讨论38-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第五章 添加剂对基于PBDTC_(10)DBT:PC_(61)BM光伏器件性能的影响41-54
• 5.1 引言41
• 5.2 实验部分41-43
• 5.2.1 溶液的配制41-42
• 5.2.2 器件的制作42
• 5.2.3 器件性能的表征42-43
• 5.3 结果与讨论43-53
• 5.3.1 添加剂对光活化层光吸收的影响43-45
• 5.3.2 添加剂对光活化层形貌的影响45-50
• 5.3.3 添加剂对器件性能的影响50-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 总结与展望54-56
• 参考文献56-61
• 附录一 攻读硕士学位期间研究成果61-62
• 附录二 攻读硕士学位期间参加的科研项目62-63
• 致谢63

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