活性层形貌添加剂对聚(3-己基噻吩)太阳能电池性能的影响及其机理研究

【摘要】：随着地球上化石能源的逐渐耗尽和现代生产生活中对洁净可再生能源的需求不断增长,开发清洁高效的新能源技术已经迫在眉睫。聚合物光伏电池由于具有质轻、柔性、易于大面积制备、加工制造成本低以及环境友好等众多突出优点而备受研究者关注。基于以噻吩为给体单元,双氟取代苯并噻二唑为受体单元的D-A型共轭聚合物PFFBT4T-2OD光伏器件效率达到了10.8%,但是其离商品化生产仍具有一定的差距。目前,提高聚合物光伏器件效率的方式主要有:设计具有高效率的聚合物活性层材料,控制光活性层薄膜形貌,应用合适的阴阳极缓冲层以及开发新的器件结构等。其中在溶剂中加入添加剂来控制光活性层形貌是一种比较简单的提高聚合物光伏器件性能的手段。在本论文中,我们主要研究了三种不同的苯的衍生物作为溶剂添加剂对聚合物光伏器件性能的影响及其相关机理。通过改变添加剂苯环上的官能团的种类,逐步提高器件性能,主要研究内容及结论如下:1.乙酸苄酯(BA)添加剂。BA是一种不含卤族元素和硫元素的新型有机添加剂,我们分别以聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物PC61BM为给受体材料,氯苯为溶剂,通过在给受体共混溶液中添加不同体积比(1.0%,2.0%,3.0%)的BA研究了BA的体积浓度对器件性能的影响。研究表明:当体积比为2.0%时在不做任何热处理的条件下,器件得到了高达3.85%的效率。通过汉森溶解度参数(HSP),UV-vis,XRD,AFM,电流特性曲线等方法,我们分析了添加剂BA对器件性能影响的内在原因。2.1,2,4-三氯苯(TCB)添加剂。以P3HT和PC61BM(1:1)为光活性层材料,调节TCB的体积比,从0%、1%、2%、3%到4%,研究了TCB的添加浓度对器件性能的影响,研究表明:当加入TCB时,P3HT:PC61BM基的聚合物光伏器件的性能得到了显著地改善。且随着TCB含量的增加,器件效率先增后减,在TCB含量为3.0%时,器件获得了4.17%的效率。当将其进一步进行退火处理,器件效率提升到4.74%,其填充因子高达0.74,这是目前报道的基于P3HT:PC61BM器件的最高填充因子。3.苯甲酸乙酯(EB)添加剂。以P3HT和PC61BM(1:1)为光活性层材料,调节EB的体积比,从0%、1%、2%到3%,研究了EB的添加浓度对器件性能的影响及其影响机理,研究表明:通过进一步的优化处理能够使器件性能得到极大提升。PC61BM为受体,2%EB添加比例下器件性能达到最佳,获得了4.27%的转化效率。改变受体为PC71BM后,其效率高达4.56%,将其进一步进行退火处理,器件效率可达5.26%,填充因子达到0.72。这一效率也是目前P3HT:PCBM体系的最高效率之一。 【关键词】：聚合物太阳能电池 溶剂添加剂 乙酸苄酯 三氯苯 苯甲酸乙酯
【学位授予单位】：湘潭大学
【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
• 第1章 绪论10-26
• 1.1 引言10
• 1.2 聚合物太阳能电池的重要研究历程10-12
• 1.3 聚合物太阳能电池的工作原理12-15
• 1.4 聚合物太阳能电池的器件结构15-17
• 1.4.1 单层器件结构16
• 1.4.2 双层异质结器件结构16-17
• 1.4.3 体异质结器件结构17
• 1.4.4 叠层器件结构17
• 1.5 聚合物太阳能电池活性层形貌的影响因素17-25
• 1.5.1 内在因素18-19
• 1.5.2 外在因素19-25
• 1.6 本论文的设计思想与研究内容25-26
• 第2章 聚合物太阳能电池的制备与表征26-34
• 2.1 引言26
• 2.2 电池器件制备系统26-28
• 2.3 电池性能测试系统与相关的器件性能参数28-32
• 2.3.1 聚合物太阳能电池等效电路29-30
• 2.3.2 聚合物太阳能电池J-V特征曲线30-32
• 2.3.3 载流子迁移率的测试32
• 2.4 本文主要采用的薄膜表征技术32-34
• 第3章 新型添加剂乙酸苄酯对P3HT聚合物太阳能电池性能的影响34-43
• 3.1 引言34
• 3.2 实验过程34-35
• 3.3 实验结果分析35-42
• 3.3.1 汉森溶解度参数（HSP）分析35-36
• 3.3.2 器件J-V曲线测试36-37
• 3.3.3 器件的外量子效率分析37-38
• 3.3.4 活性层的吸收光谱38
• 3.3.5 活性层XRD分析38-39
• 3.3.6 活性层形貌分析39-40
• 3.3.7 器件的迁移率分析40-42
• 3.4 小结42-43
• 第4章 溶剂添加剂 1,2,4-三氯苯对P3HT聚合物太阳能电池性能的影响43-52
• 4.1 引言43-44
• 4.2 实验过程44-45
• 4.3 实验结果分析45-51
• 4.3.1 汉森溶解度参数（HSP）分析45-46
• 4.3.2 器件J-V特性分析46-47
• 4.3.3 活性层的吸收光谱47-48
• 4.3.4 活性层XRD分析48-49
• 4.3.5 活性层形貌分析49-50
• 4.3.6 器件的外量子效率分析50
• 4.3.7 器件的迁移率分析50-51
• 4.4 小结51-52
• 第5章 新型添加剂苯甲酸乙酯对P3HT聚合物太阳能电池性能的影响52-60
• 5.1 引言52
• 5.2 实验过程52-53
• 5.3 实验结果分析53-59
• 5.3.1 器件J-V特性分析53-54
• 5.3.2 活性层形貌分析54-55
• 5.3.3 活性层的透射电镜分析55-57
• 5.3.4 各器件的外量子效率分析57
• 5.3.5 活性层的吸收光谱57-58
• 5.3.6 各器件的GIXD分析58-59
• 5.4 小结59-60
• 总结与展望60-63
• 参考文献63-71
• 致谢71-72
• 在学期间发表的学术论文72-73

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

硅材料中的杂质与缺陷对器件性能影响学习班胜利结束    徐岳生;

射频宽带器件的基础理论及磁芯对器件性能的影响    王怡斐;

导弹惯性器件性能可靠性评估研究    刘勇志;高广林;卢文忠;

热固性支架封装LED器件性能研究    张顺;

接触网绝缘和避雷材料与器件性能分析    宋敏;何常红;李方安;王蓓;

CPLD和FPGA器件性能比较与应用    于海雁,庞杰

SOI嵌入式DRAM技术动态钳制电位DTMOS器件性能的优化设计(英文)    Kim C S,Burke F,Rambhatla A,赵阳,Zahurak J,Parke S A

Re(I)配合物有机电致磷光研究进展    司振君;李岳;

不同固晶胶量对LED器件性能的影响    麦家儿;吴廷;丁鑫锐;

计算机辅助LDMOS器件性能参数分析    王纪民

共轭分子的组装结构调控及器件性能    耿延候;董少强;曲建飞;田洪坤;谢志元;闫东航;王佛松;

石墨缓冲层对有机电致发光器件性能的影响    姚宁;邢宏伟;穆慧慧;常立红;崔娜娜;王英俭;张兵临;

有机小分子光伏界面修饰材料和器件性能研究    方俊锋;张文俊;李晓冬;

NASICON材料溶胶-凝胶合成工艺条件优化及其对CO_2敏感器件性能的影响    邱法斌;全宇军;孙彦峰;朱棋峰;刘少林;邹兆一;徐宝琨;

SI-GaAs材料微区均匀性对门电路器件性能影响    汝琼娜;李光平;李静;何秀坤;

高增益高效率的4GHZ 5W GaAsFET    黄礼蓥;

外部电磁干扰对SAW器件性能的影响研究    方小燕;胡皓全;赵家升;杨显清;

OLED的阳极优化    郝云;谢伟良;周祯华;熊绍珍;

有机小分子本体异质结太阳电池的性能研究    李庆端

卟啉小分子体异质结太阳能电池和光电探测器的活性层形貌调控及器件性能研究    李立胜

聚合物/无机纳米复合体系太阳能电池光伏性能研究    李畅

有机电致磷光器件中的主—客体材料匹配及对器件性能的影响    夏虹

电子的注入与传输对有机光电子器件性能的影响    李青

酞菁铜有机场效应晶体管器件性能的研究    袁剑峰

有机电致发光二极管的界面行为及其对器件性能的影响    高志翔

可溶性有机小分子电致发光器件制备与性能研究    李春

有机电致发光器件制备工艺与高效磷光器件性能的研究    王军

40nm MOSFET性能波动分析与模型研究    李曦

基于侧链修饰的卟啉小分子太阳能电池的合成及其光伏性能研究    黄媛

衬底加热和电极修饰对有机场效应晶体管性能影响的研究    郑灵程

基于溶液化方法制备有机场效应晶体管的研究    蒋晶

基于a-IGZ0薄膜材料的半导体器件    李为国

利用阴极界面修饰提高聚合物太阳能电池的性能和稳定性    宋迎雪

电极修饰对并五苯有机场效应管性能的影响    舒露锋

活性层形貌添加剂对聚(3-己基噻吩)太阳能电池性能的影响及其机理研究    肖曼军

基于ACY及其衍生物的有机光电器件研究    王婉

提高OLED中载流子注入和传输效率及器件性能的研究    董木森

有机电致发光器件的界面效应对器件性能影响的研究    朱儒晖