聚合物太阳能电池的界面层调控与活性层设计研究

【摘要】：活性层与电极之间的接触面是聚合物太阳能电池中重要的界面,它直接影响载流子的传输和收集；而聚合物太阳能电池的活性层是吸收光能和完成光电转换的主要结构,界面层与活性层都对电池性能有着重要影响。如何在既不增加活性层厚度,又不影响电荷收集的状态下,通过界面设计及构筑来进一步增加光的吸收,成为了聚合物太阳能电池制备的关键。本论文围绕聚3-己基噻吩：富勒烯(P3HT:PCBM)体系太阳能电池与聚苯并二噻吩：富勒烯(PTB7:PCBM)体系太阳能电池展开研究,通过插入复合薄膜对电池进行界面层调控,同时针对活性层进行制备工艺调整与掺杂无机纳米晶研究以改善电池性能。首先研究了聚多巴胺／纳米银粒子(PDA/Ag)复合膜的制备及其在P3HT:PCBM聚合物电太阳能池中的应用；其次探索了PTB7:PCBM聚合物电池的活性层制备条件；最后制备了四针状氧化锌纳米粒子并应用于PTB7:PCBM电池中。主要研究内容如下： (一)多巴胺在水溶液中可以利用溶解氧发生自聚合并可以在导电玻璃表面形成具有强粘附能力的聚多巴胺膜；聚多巴胺本身具有较强的还原能力,通过将带有聚多巴胺膜的基片浸入硝酸银溶液可以得到PDA/Ag复合膜。本实验探索了不同条件下制备PDA/Ag复合薄膜,进行了形貌及吸光性能的表征,并将其应用到P3HT:PCBM聚合物电池中。发现单层聚多巴胺膜插入ITO与PEDOT:PSS膜间可使电池性能得到明显提升。 (二)在空气环境中制作了结构为ITO/PFN/PTB7:PCBM/MoO3/Al的反型有机聚合物太阳能电池。对制作过程中溶液处理方式、薄膜干燥方式和活性层厚度控制等步骤做了不同尝试,研究了不同制作步骤对太阳能电池性能的影响；在不做任何封装的条件下,电池经100天放置后依然保持了最初效率的90%,证明了该反型电池在空气中具有良好的稳定性。 (三)用高温油相法制备了四针状纳米氧化锌晶须,对比了不同元素掺杂,不同溶剂洗涤及不同提取方式对实验结果的影响,得出制备四针状纳米氧化锌晶须的最佳实验条件,并对其应用到PTB7:PCBM电池中进行了尝试。 【关键词】：聚多巴胺 纳米银 氧化锌 聚合物太阳能电池
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;O631.23
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-11
• 1 引言11-21
• 1.1 有机太阳能电池的发展12-13
• 1.2 聚合物太阳能电池基本工作原理13-14
• 1.3 聚合物太阳能电池的性能参数14-17
• 1.3.1 短路电流(Isc)15
• 1.3.2 开路电压(Voc)15-16
• 1.3.3 填充因子(FF)16
• 1.3.4 能量转换效率(η)16
• 1.3.5 外量子效率(EQE)16-17
• 1.4 聚合物太阳能电池材料17-19
• 1.4.1 电子给体材料17-18
• 1.4.2 电子受体材料18-19
• 1.5 本论文的研究内容与意义19-21
• 2 聚多巴胺在P3HT：PCBM太阳能电池中的应用研究21-36
• 2.1 引言21-23
• 2.2 实验部分23-27
• 2.2.1 P3HT：PCBM太阳能电池制备过程23-25
• 2.2.2 PDA/Ag复合膜的制备25-26
• 2.2.3 PDA/Ag复合膜应用于P3HT：PCBM太阳能电池26-27
• 2.3 结果与讨论27-35
• 2.3.1 不同聚合条件下PDA膜的形貌27-29
• 2.3.2 PDA/Ag复合膜的表征29-33
• 2.3.3 PDA/Ag复合膜在P3HT：PCBM太阳能电池中的应用33-35
• 2.4 小结35-36
• 3 PTB7：PCBM太阳能电池的制备与研究36-43
• 3.1 引言36-37
• 3.2 实验部分37-38
• 3.3 结果与讨论38-42
• 3.3.1 溶液处理和成膜后的干燥方式对活性层吸光度的影响38-39
• 3.3.2 溶液浓度对活性层厚度及吸光度的影响39-40
• 3.3.3 不同条件下制备的太阳能电池的J-V曲线比较40-41
• 3.3.4 电池在空气中的稳定性41-42
• 3.4 小结42-43
• 4 T-ZnOw的制备及其在太阳能电池中的应用探索43-48
• 4.1 引言43
• 4.2 实验部分43-45
• 4.2.1 纳米四针ZnO晶须的制备43-44
• 4.2.2 T-ZnOw在PTB7：PCBM电池中的应用探索44-45
• 4.3 结果与讨论45-47
• 4.3.1 不同提取方式所得的氧化锌45
• 4.3.2 不同清洗剂所得氧化锌45-46
• 4.3.3 不同元素掺杂所得的氧化锌46-47
• 4.3.4 T-ZnOw在PTB7：PCBM电池中的应用47
• 4.4 小结47-48
• 5 结论48-50
• 5.1 实验结论与存在问题48
• 5.2 展望48-50
• 参考文献50-52
• 附录A52-53
• 作者简历53-55
• 学位论文数据集55

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

混合溶剂对PCDTBT:PC_(71)BM聚合物太阳能电池性能的影响    杨少鹏;张烨;江涛;孙学峰;鲁超群;李光;李晓苇;傅广生;

Enhancing the power conversion efficiency of PCDTBT:PC_(71)BM polymer solar cells using a mixture of solvents    Shaopeng Yang;Ye Zhang;Tao Jiang;Xuefeng Sun;Chaoqun Lu;Guang Li;Xiaowei Li;Guangsheng Fu;

Investigation of the effects of MoO_3 buffer layer on charge carrier injection and extraction by capacitance–voltage measurement    Wei Gong;Zheng Xu;Suling Zhao;Xiaodong Liu;Xing Fan;Qianqian Yang;Chao Kong;

Effects of NPB anode buffer layer on charge collection in ZnO/MEH-PPV hybrid solar cells    龚伟;徐征;赵谡玲;刘晓东;樊星;杨倩倩;孔超;

NPB阳极缓冲层对反型结构聚合物太阳能电池性能的影响    龚伟;徐征;赵谡玲;刘晓东;杨倩倩;樊星;

染料分子固定基团-CN,-NH_2,-OH,-COOH,-SH在ZnO(10(1|ˉ) 0)表面吸附    李汝虎;王红艳;刘其军;谌晓洪;黄整;

绕丹宁修饰富勒烯作为新型聚合物太阳能电池受体光伏材料增强光吸收(英文)    谢丽欣;赵雪梅;赵志强;甄杰明;陈木青;朱俊;戴松元;杨上峰;

ZnO微纳结构制备及光学性能研究    梁志强

聚合物光伏器件形貌特性、性能及稳定性研究    陆运章

有机光电器件的界面特性研究    魏怀鑫

高效聚合物和硫化铅胶体量子点太阳电池及其光电性能的研究    赵宝锋

含硫小分子高效有机太阳能电池给体材料的分子设计    Shamsa Bibi

聚合物太阳能电池中载流子复合与传输机制及器件特性的研究    龚伟

退火对活性层P3HT:PCBM性能的影响    张亚萍;张建军;李文杰;耿新华;赵颖;

活性层厚度对体异质结聚合物太阳能电池性能的影响    刘晓东;张福俊;徐征;赵谡玲;宋晶路;厉军明;宋丹丹;王永生;

不同厚度的活性层及阴极的改变对聚合物太阳电池性能的影响    於黄忠;温源鑫;

微波退火对聚合物太阳能电池性能的提高    杜海亮;邓振波;张国良;

塑料太阳能电池研究进展    赵云;郭晓阳;谢志元;

多功能可交联材料在聚合物太阳能电池中的应用    王维;周铭露;梁露英;王文;凌启淡;

静态发酵沼气池宜经常搅拌    翟洪民;

医用钛合金表面生物活性层的研究    储成林;林萍华;董寅生;郭大勇;周俊;

纳米夹层技术为太阳能电池“减肥”    张巍巍

德混合太阳能电池技术获突破    李山

活性层掺杂及阴极修饰在聚合物太阳能电池中的应用    杜海亮

PPV衍生物/ZnO复合体系及其光电性能研究    张小舟

有机/聚合物太阳能电池：活性层结构、形貌及光伏性能    薛丽丽

导电高分子PPy构建种植体表面电生物活性层的应用基础研究    贾骏

聚合物太阳能电池的界面修饰研究    董庆锋

通过界面修饰改善聚合物太阳能电池性能的研究    刘晓东

不同活性层配比对聚合物光伏电池性能的影响    李娜

透明导电膜与活性层界面特性对PSCs性能影响的研究    郝志红

活性层掺杂技术提高聚合物太阳能电池性能的机理研究    史江波

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

聚合物太阳能电池的界面层调控与活性层设计研究    刘懿璨

活性层掺杂对聚合物太阳能电池的性能影响研究    孙璐

聚合物太阳能电池活性层掺杂及器件制备技术研究    刘博雅

聚合物太阳能电池的机理及实验研究    王勇

有机聚合物太阳能电池活性层的结构及其性能研究    吴伟才

聚合物太阳能电池异质结设计及界面调控    王培山