基于PTB7:PC_(70)BM的有机三元太阳能电池的研究

【摘要】：有机三元太阳能电池是一种新颖的改善器件性能的方式,近年来世界上越来越多的小组投入到有机三元太阳能电池的研究中。本文结合当前研究进展以及实验室的条件,研究了在传统PTB7:PC70BM二元混合有机太阳能电池中分别掺入Bis-PC70BM以及PC60BM作为第三种组分,对器件性能的影响。首先我们研究了掺入Bis-PC7oBM的情况。当掺入3%的Bis-PC70BM时,所制得的PTB7:Bis-PC7oBM:PC7oBM三元太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子以及能量转换效率相较于PTB7:PC70BM二元电池均有提升,其中能量转换效率为7.00%,相较于二元电池能量转换效率的6.07%提高了15%。当将掺杂浓度继续增大到5%时,器件的能量转换效率降低。相较于二元太阳能电池,掺杂3%Bis-PC70BM的三元太阳能电池并联电阻增大,器件内的复合情况降低。原子力显微镜图像表明器件表面形貌更为平整,均方根粗糙度从二元电池的1.87nm降低到1.80nm,表现出更好的填充因子。另外,在Jsc条件下,掺杂3%Bis-PC70BM的三元电池的Jph/Jsat为97%,高于二元电池的96%。随后我们研究了掺入PC60BM的情况。同样地,当掺入3%的PC60BM时,所制得的PTB7:PC6oBM:PC7oBM三元太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子以及能量转换效率相较于PTB7:PC70BM二元电池均有提升,其中能量转换效率为7.39%,相较于二元电池能量转换效率的6.13%提高了21%。当掺杂浓度进一步增大到5%时,器件的能量转换效率也开始降低。原子力显微镜图像表明掺杂3%PC60BM的三元混合薄膜的表面更加平滑,均方根粗糙度从二元电池的1.87nm降低到1.72nm。同时,相较于二元电池,掺杂了3%PC60BM的三元电池的激子解离效率也有显著改善,器件的激子解离效率从二元电池的87%提升到掺杂器件的94%。实验结果表明,使用Bis-PC70BM或PC60BM掺杂PTB7:PC70BM可以有效提高聚合物太阳能电池的性能。 【关键词】：PTB7 Bis-PC_(70)BM PC_(60)BM PC_(70)BM 有机三元太阳能电池
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序9-12
• 1 有机太阳能电池概述12-28
• 1.1 引言12-13
• 1.2 有机太阳能电池概述13-15
• 1.3 有机太阳能电池中的常用材料15-19
• 1.3.1 聚合物给体材料16-18
• 1.3.1.1 聚合咔唑16
• 1.3.1.2 吡咯并吡咯二酮16-17
• 1.3.1.3 苯并二噻吩17
• 1.3.1.4 IDT17-18
• 1.3.2 新型富勒烯衍生物受体材料18-19
• 1.4 有机太阳能电池的主要性能参数19-21
• 1.4.1 开路电压(V_(OC))20
• 1.4.2 短路电流密度(J_(SC))20
• 1.4.3 填充因子(FF)20-21
• 1.5 有机太阳能电池的器件结构21-28
• 1.5.1 修饰层21-22
• 1.5.2 反型结构22-24
• 1.5.3 叠层结构24-28
• 2 有机三元太阳能电池的机制28-40
• 2.1 电荷转移30-32
• 2.2 能量传递32-37
• 2.2.1 单线态裂变34-35
• 2.2.2 上转换35-37
• 2.3 并联连接37-40
• 3 基于PTB7：BIS-PC_(70)BM：PC_(70)BM的有机三元太阳电池40-49
• 3.1 引言40-41
• 3.2 实验部分41-42
• 3.3 结果与讨论42-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4 基于PTB7：PC_(60)BM：PC_(70)BM的三元聚合物太阳能电池49-57
• 4.1 引言49-50
• 4.2 实验部分50-51
• 4.3 结果与讨论51-56
• 4.4 本章小结56-57
• 5 结论与展望57-58
• 参考文献58-63
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果63-65
• 学位论文数据集65

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