钙钛矿/有机小分子复合太阳能电池材料与器件的研究

【摘要】：当前,有机小分子/无机化合物钙钛矿型太阳能电池正在快速的发展。在很短的时间内,将转换效率提高到了20%,而且在工艺和成本方面表现出了很大的优势。而在该类电池的组成中,空穴传输层作为一种即传输空穴又阻挡电子,是影响电池性能的关键部分。因此,研究者对空穴传输材料(HTM)的设计和合成正在不断的探索,这对钙钛矿型太阳能电池器件性能和能量转换效率的提高具有非常重要的意义。为了能够设计并合成性能优良的空穴传输材料,本论文中设计并合成了以蒽和联蒽为核,对甲氧基二苯胺和对甲氧基三苯胺为端基的小分子化合物ATA、ATTA、BATA和BATTA,分别对这几种化合物的结构特征和光伏性能进行了表征和研究,主要内容如下:在第二章中,化合物ATA和ATTA的带隙分别是2.18eV和2.58eV。其HOMO分别为-5.10eV和-5.12 eV;LUMO分别为-2.67eV和-2.48eV。以它们分别作为空穴传输材料制备了器件结构为ITO/PEDOT:PSS/HTM/Perovskite/PC61BM/Ca/Al的钙钛矿型太阳能电池器件,对不同厚度的化合物ATA和ATTA进行光伏器件的测试,发现最优的厚度都是2000r40s。在标准太阳光AM 1.5G(100 mW/cm2)的太阳光模拟器照射下进行测试;以化合物ATA为空穴传输材料的钙钛矿型太阳能电池的的能量转换效率(PCE)7.04%,开路电压(Voc)0.85 V,短路电流(Jsc)12.02 mA cm-2,填充因子(FF)69%;而以化合物ATTA为空穴传输材料的钙钛矿型太阳能电池的的PCE是5.98%,Voc是0.84 V,Jsc为10.75 mA cm-2,FF为66%。第三章中,化合物BATA和BATTA的带隙分别是2.30 eV和2.64 eV,HOMO能级分别是-5.08 eV和-5.20 eV;LUMO能级分别是-2.78 eV和-2.56 eV。以它们分别作为空穴传输材料做了器件结构和前面同样的器件,而且在同样的测试环境下进行试验,测试了不同厚度空穴传输层的光伏器件,最优厚度分别为2000r 40s和1500r 40s。在模拟标准太阳光的照射下进行测试;化合物BATA作为空穴传输材料的钙钛矿型太阳能电池的PCE是8.24%,Voc是0.89 V,Jsc是14.28 mA cm-2,FF是64%;化合物BATTA作为空穴传输材料的钙钛矿型太阳能电池的PCE是5.12%,Voc是0.87 V,Jsc是9.22 mA cm-2,FF是63%。第四章中,合成了电子给体单元5,10-双(4,5-二癸基噻吩)二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(DTBDT),通过了给体单元(DTBDT)和受体单元苯并噻二唑的衍生物,合成了两种新型的共轭聚合物PDTBDT-BT和PDTBDT-FBT。通过制备ITO/PFN(10 nm)/PDTBDT-BT:PC71BM/MoO3(10 nm)/Ag和ITO/PFN(10 nm)/PDTBDT-FBT:PC71BM/MoO3(10 nm)/Ag的倒置器件,在模拟标准太阳光照射下进行测试,制备了活性层分别是PDTBDT-BT/PDTBDT-FBT和PC71BM的质量比是1:2的器件。在PDTBDT-BT:PC71BM(1:2)的厚度为220 nm时其器件的PCE是8.54%,Voc是0.81 V,Jsc是15.2 mA cm-2,FF是69.2%;PDTBDT-FBT:PC71BM(1:2)当其膜厚为210 nm时器件的PCE是8.74%,Voc是0.91 V,Jsc是15.4 mA cm-2,FF是62.5%。 【关键词】：钙钛矿 聚合物 光伏性能 能量转换效率
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 钙钛矿型太阳能电池简介10-16
• 1.2.1 钙钛矿晶体的结构10-11
• 1.2.2 钙钛矿型太阳能电池的结构11-12
• 1.2.3 钙钛矿型太阳能电池的工作原理12
• 1.2.4 钙钛矿型太阳能电池材料与器件的发展简述12-14
• 1.2.5 空穴传输材料的发展简述14-16
• 1.3 钙钛矿型太阳能电池的性能参数16-17
• 1.4 本论文的设计思想和内容17
• 1.5 本论文研究课题的创新性17-19
• 2 蒽类衍生物在钙钛矿型太阳能电池中的应用及表征19-32
• 2.1 引言19-20
• 2.2 实验部分20-23
• 2.2.1 实验所用仪器设备20
• 2.2.2 表征设备与仪器20
• 2.2.3 ITO基片的标记与清洗20-21
• 2.2.4 原料与试剂21
• 2.2.5 化合物ATA和ATTA的合成21-23
• 2.3 结果与讨论23-31
• 2.3.1 化合物ATA和ATTA的表征23-26
• 2.3.2 化合物ATA和ATTA的热学性质26
• 2.3.3 化合物ATA和ATTA的吸收和发光特性26-27
• 2.3.4 化合物ATA和ATTA的电化学性质27-28
• 2.3.5 化合物ATA和ATTA的光伏性能28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 联蒽类衍生物在钙钛矿型太阳能电池中的应用及表征32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 实验部分32-34
• 3.2.1 原料和试剂32-33
• 3.2.2 表征设备与仪器33
• 3.2.3 有机化合物BATA和BATTA的合成33-34
• 3.3 结果与讨论34-42
• 3.3.1 化合物BATA和BATTA的合成及表征34-37
• 3.3.2 化合物BATA和BATTA的热学性质37
• 3.3.3 化合物BATA和BATTA的吸收和发光特性37-38
• 3.3.4 化合物BATA和BATTA的电化学性质38-39
• 3.3.5 化合物BATA和BATTA的光伏性能39-42
• 3.4 本章小结42-44
• 4 5,10-双（4,5-二癸基噻吩）二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩与苯并噻二唑衍生物共轭聚合物的合成及性能研究44-58
• 4.1 引言44-45
• 4.2 实验部分45-49
• 4.2.1 原料与试剂45
• 4.2.2 表征设备与仪器45
• 4.2.3 单体及聚合物的合成45-49
• 4.3 结果与讨论49-56
• 4.3.1 单体及共聚物的合成与表征49-50
• 4.3.2 共轭聚合物的热稳定性50-51
• 4.3.3 共轭聚合物的紫外吸收和发光特性51-52
• 4.3.4 共轭聚合物的电化学性质52-53
• 4.3.5 共轭聚合物的光伏性能53-56
• 4.4 本章小结56-58
• 结论58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-66
• 攻读学位期间的研究成果66

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

1,4-二酮吡咯并吡咯在聚合物太阳能电池的应用    王亮;孙建平;李针英;周小波;王茜;罗联源;凌启淡;

八羟基喹啉铝取代钙作为电子传输层对聚合物太阳电池光稳定性的影响    贺小光;王宁;田苗苗;

含噻吩[2,3-b]并噻吩-吡咯[3,4-c]并吡咯二酮结构单元聚合物的合成及其在太阳能电池中的应用研究    冯宇;苏智兴;孙丽;刘绍刚;刁开盛;张卫民;

Small molecular non-fullerene electron acceptors for P3HT-based bulk-heterojunction solar cells    LIU Xin;CAI Ping;CHEN DongChen;CHEN JunWu;SU ShiJian;CAO Yong;

非晶硅太阳能电池中BZO导电膜的激光刻蚀工艺研究    王宏亮;赵艳新;

Improved efficiency of ternary the blend polymer solar cells by doping a narrow band gap polymer material    ZHU XiXiang;AN QiaoShi;HUANG Hui;JIAO ChaoQun;ZHANG FuJun;

阴极缓冲层PVP的插入对聚合物太阳能电池性能的影响    杨少鹏;高江旭;孙学峰;赵晓辉;傅广生;

金属氧化物基杂化型聚合物太阳电池研究    刘长文;周讯;岳文瑾;王命泰;邱泽亮;孟维利;陈俊伟;齐娟娟;董超;

4,6-2,1,3-苯并噻二唑:一种新的聚合物光电功能材料构筑砌块和多性能调节剂    方少明;苏济功;王国浩;薛力昆;张永辉;杜俊平;

喷涂法制备聚合物太阳能电池器件研究    陈征

一维壳核式复合半导体杂化敏化太阳能电池的研究    孙宝

几类核酸碱基相关体系激发态动力学的理论研究    郭续更

CdS量子点敏化ZnO/ZnS纳米结构太阳能电池的研究    孙云飞

有机光电器件的界面特性研究    魏怀鑫

共轭高分子聚（9，9-二辛基芴）在溶液中链构象的调控及其聚集态结构的研究    黄龙

供体—受体型共轭聚合物在电致变色器件中的应用    杜青

聚噻吩衍生物—无机物纳米复合材料的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用    韩志跃

有机太阳能电池给体材料设计合成与器件优化研究    龙官奎

亚三维结构有机光电材料的合成与性能研究    倪德彬

基于BDT单体的共轭聚合物的合成及性能研究    孙丽丽

活性层修饰对P3HT：PCBM基聚合物太阳能电池性能的影响    韩凌洁

新型酞菁类光伏材料的合成及性能研究    黄红艳

喹噁啉基新型功能聚合物/齐聚物电池材料的合成与性能    王晓辉

基于小分子材料为电极界面修饰层的聚合物太阳电池    迟明明

液晶小分子掺杂ZnO纳米晶及PEDOT：PSS用于聚合物太阳能电池形貌调控及性能研究    李秋娟

基于咔唑并二噻二唑和二噻吩硅杂环戊二烯的D-A共轭聚合物有机太阳能电池分子设计    蔡淑娇

三元共聚合成一种体相异质结太阳能电池给体材料与器件表征    杨大磊

聚合物太阳能电池材料的设计合成与性能研究    刘香菊

功能高分子材料的合成和热电性能研究    王潇漾

基于一种高效空穴传输材料的有机电致发光器件研究    刘春明;吕银祥;郭鹏;农昊;周辉;徐伟;潘星龙;华中一;

新型三苯胺类空穴传输材料的合成与性能研究    高文正

联苯二胺类空穴传输材料的冷结晶性和薄膜稳定性研究    马晓思

作为空穴传输材料的聚甲亚胺的制备及性能研究    朱明

含三苯胺基团有机空穴传输材料的合成与性能研究    徐清

多羟基修饰的有机小分子空穴传输材料的合成与表征    邵剑

基于咔唑和噻唑的共轭有机半导体材料及其在电致发光器件中的应用    陈善勇

空穴传输材料中间体的合成    张乐峰

几种空穴传输材料的合成及表征    熊盛春

新型空穴传输材料的合成及性能研究    赵彤

钙钛矿/有机小分子复合太阳能电池材料与器件的研究    郭鹏智

含萘环类三芳胺空穴传输材料的合成与性能研究    赵伟

乙烯基共轭三苯胺类空穴传输材料的合成与性能研究    韩丽颖

三芳胺类空穴传输材料的合成及其光电性能研究    韩国栋

新型三苯胺结构空穴传输材料的合成与性能研究    高文正

联苯型三芳胺类空穴传输材料的合成工艺和性能研究    贾正磊

新型腙类空穴传输材料的合成与性能研究    徐德顺