基于PCDTBT:PC_(71)BM的有机太阳能电池的研究

【摘要】：由于全球气候变暖和环境恶化的日益严重,于是人们不断地探索和研究绿色可再生能源,太阳能成为了主要的研究对象,在一些利用太阳能的途径中,太阳能发电技术最适合于解决当前能源需求问题;但是,已有的太阳能电池发电成本一直相对较高,这是制约太阳能充分利用的最大障碍。有机太阳能电池由于具有制备工艺简单、价格低廉,可弯曲及大面积生产等优点,逐渐被研究人员广泛开发研究。目前有机太阳能电池的转换效率低与稳定性差成为其发展阻碍,因此科研人员为了改善有机太阳能电池的性能与稳定性,不断创新希望在优化结构和寻找新材料上进行突破,本论文实验在提高有机太阳能电池效率和改善器件稳定性方面开展一系列深入系统的研究工作,实验主要研究内容如下:(1)本实验有机太阳能电池的器件结构为ITO/PTFE/PCDTBT:PC_(71)BM/cathode buffer layer/Al,即体异质结结构,探索阴极缓冲层对电池器件性能的影响。我们的实验采用了三种不同的阴极缓冲层即氟化锂(Li F)、BCP和8-羟基喹啉铝(Alq_3),将三种材料通过真空镀膜机蒸镀到活性层与阴极之间。实验通过电流-电压(J-V)曲线和光电转换效率(IPCE)曲线对比研究得出,发现插入Alq_3作为阴极缓冲层后,有机太阳能电池在短路电流方面提高幅度达到了41%,从10.81 mA/cm2增加到12.27 mA/cm2,FF从51%增加到59%,进而直接导致转换效率达到了6.61%,是由于Alq_3自身的电子传输能力很好,通过原子力显微镜(AFM)图像看出在活性层表面Alq_3能形成均匀的薄膜,有利于光生载流子传输,并且测试了四组器件的稳定性,发现引入Alq_3阴极缓冲层使得器件性能更稳定,这是由于Alq_3能够有效地对氧和水分子进行阻止。(2)本实验对活性层进行改善,实验中有机太阳能电池活性层材料选择的是PCDTBT(Poly[[9-(1-octylnonyl)-9H-carbazole-2,7-diyl]-2,5-thiophenediyl-2,1,3-ben zothiadiazole-4,7-diyl-2,5-thiophenediyl])和PC_(71)BM([6,6]-phenyl-C_(71)-butyric acid methyl ester),同时采用高沸点的有机溶剂邻二氯苯(ODCB)为基准溶剂,掺杂三种不同体积的有机溶剂,即三氯苯(TCB)、氯苯(CB)和氯仿(CF),通过J-V曲线和IPCE曲线分析证明有机太阳能电池器件加入合适的混合溶剂会增加其光电转换效率,通过对三组不同混合溶剂制备的器件对比分析后,发现当使用ODCB与CF混合时,器件的效率达到最优。(3)实验探究了ODCB掺杂CF对器件性能影响,对混合溶剂制备的活性层薄膜表面进行AFM和透射电子显微镜(TEM)扫描,发现两种有机溶剂沸点不同,挥发程度不同,只有在合适的配比条件下才能使器件活性层的成膜形貌达到最佳。同时进行了阻抗谱、吸收性能和电子迁移率的测试,当溶剂体积掺杂为90%的ODCB与10%的CF时,电池器件的阻抗最小,而且吸收最好,电子迁移率值达到5.83x10-3 cm2V-1s-1,这是由于溶剂混合有利于聚合物成膜时形成良好的相分离,有利于激子的分离与传输,进而器件的光电转换效率增强。 【关键词】：有机太阳能电池 阴极缓冲层 Alq_3 混合溶剂
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 引言10-12
• 1.2 发展历史12-14
• 1.3 有机/聚合物太阳能电池基本结构14-15
• 1.4 有机/聚合物太阳能电池基本原理15-19
• 1.5 有机太阳能电池等效电路19-20
• 1.6 有机/聚合物太阳能电池基本参数20-22
• 1.7 本文的主要工作22-23
• 第二章 有机太阳能电池的材料、制备与测试23-28
• 2.1 有机太阳能电池的材料23-25
• 2.2 有机太阳能电池器件的制备25-26
• 2.3 有机太阳能电池器件的测试26-28
• 第三章 Alq_3作为阴极缓冲层对有机太阳能电池性能研究28-39
• 3.1 引言28-29
• 3.2 器件的实验与制备29-31
• 3.3 器件的分析与讨论31-37
• 3.4 总结37-39
• 第四章 不同溶剂对有机太阳能电池性能影响的研究39-50
• 4.1 引言39-40
• 4.2 器件的实验与制备40
• 4.3 器件的分析与讨论40-48
• 4.4 总结48-50
• 第五章 总结与展望50-52
• 5.1 总结50-51
• 5.2 展望51-52
• 参考文献52-60
• 个人简介及研究成果60-61
• 致谢61

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

德国研制成有机太阳能电池    

德研制成有机太阳能电池    

有机太阳能电池即将产业化    严肃

有机太阳能电池研究进展    李炳田,任斌,黄河

网印有机太阳能电池    李锋

共轭聚合体有机太阳能电池:从基础研究到发展现状(英文)    G.Dennler,N.S.Sariciftci

有机太阳能电池材料的研究进展    段晓菲,王金亮,毛景,裴坚

有机太阳能电池研究进展    任斌;赖树明;陈卫;黄河;

有机太阳能电池研究现状与进展    李甫;徐建梅;张德;

有机太阳能电池效率提高至6.5%    

可溶性小分子有机太阳能电池    范斌;田清勇;白华;

可挠式有机太阳能电池之发展技术    陳隆建;陳正強;李宜璇;

卟啉、酞菁类有机太阳能电池材料的研究进展    刘艳;曾庆华;张宪玺;姜建壮;

基于碳纳米管纤维的有机太阳能电池    陈涛;仰志斌;彭慧胜;

基于取向碳纳米管膜的柔性有机太阳能电池    仰志斌;陈涛;何瑞旋;彭慧胜;

化学改性氧化石墨烯作为有机太阳能电池空穴传输层    张坚;杨栋;周玲玉;陈令成;赵斌;李灿;

有机太阳能电池中的相干电荷和能量转移    赵仪;

有机太阳能电池用的二维窄带隙聚合物研究    唐卫华;海杰峰;朱恩伟;卞临沂;

有机太阳能电池电子过程的理论模拟    易院平;韩广超;沈星星;

柔性及叠层薄膜有机太阳能电池研究    马廷丽;

德支持企业开发有机太阳能电池    记者 顾钢

美评估有机太阳能电池对环境的影响    记者 毛黎

突破有机太阳能电池技术瓶颈    本报驻美国记者 田学科

控制电子自旋可提高有机太阳能电池的效率    刘霞

叠层型有机太阳能电池接近商用    记者 邰举

美国研发可拉伸有机太阳能电池    蔡佳

小分子有机太阳能电池增效50%    华凌

2007年世界科技发展回顾(七)    本版编辑张浩 郑晓春 邓国庆 毛黎 何屹 顾钢 何永晋

青海有机太阳能电池研发获重大进展    记者 马悍德

青海有机太阳能电池研发取得重大进展    记者 贾明

高效稳定的有机太阳能电池的界面研究    许美凤

几种有机太阳能电池供体材料的光伏性能    刘小锐

含噻吩或噻吩稠环单元的有机光伏材料的合成及其性能研究    党东锋

有机太阳能电池微纳结构及光物理特性研究    徐伟龙

电沉积制备聚噻吩有序微结构及有机太阳能电池    于伟利

基于聚合物的有机太阳能电池的研制与表征    乔芬

有机太阳能电池中的光物理过程研究    陈向东

有机太阳能电池电学模型与数值研究    马朝柱

有机太阳能电池界面过程的研究    陈丽佳

可溶性小分子方酸菁有机太阳能电池的制备及其性能研究    杨倩倩

有机太阳能电池中电极修饰的研究    史绍华

有机太阳能电池中光电流—温度特性的研究    蔡伦

有机太阳能电池D-A型供受体材料的理论研究    付智勇

利用飞秒瞬态时间分辨率吸收光谱对有机太阳能电池的光电转化机理研究    蔡佳林

含苝二酰亚胺(PDIs)单元的有机半导体材料的合成、表征及其应用    李盼盼

PIN型有机太阳能电池光学特性的数值模拟    张旋

有机太阳能电池中光诱导电荷转移的理论研究    丰艳婷

富勒烯二加成衍生物的核磁共振波谱研究    万瑛博

有机太阳能电池/有机—无机杂化钙钛矿太阳能电池的模拟    徐晓娟

基于聚噻吩及富勒烯衍生物材料有机太阳能电池光电性能研究    李萌