笼型倍半硅氧烷杂化纳米粒子作为阴极缓冲层应用于有机太阳能电池的研究

【摘要】：与无机太阳能电池相比，有机太阳能电池具有造价低廉，制备方便，可应用在柔性基底上等优点，受到了越来越多的关注。目前，基于共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体的有机太阳能电池光电转换效率已经超过了10%。但是，相比于传统的无机太阳能电池，有机太阳能电池的光电转换效率还是较低的，这也极大的影响了其商业化应用和发展。因此，如何提高有机太阳能电池的效率依然值得人们研究。 笼型倍半硅氧烷(POSS)是一种典型的纳米尺寸级别的有机无机杂化材料。其内核是类似于SiO2的刚性核，而外围则是有机基团。聚环氧乙烷-聚倍半硅氧烷（POSS-PEO）具有表面能低，易迁移的特点。POSS-PEO结构也曾被应用在锂离子电池中来提高锂离子电池的性能。但是，将POSS分子应用于太阳能电池尤其是阴极缓冲层的应用尚未有文献报道。 本文通过添加溶液共混的方法将POSS-PEO引入聚3-己基噻吩和[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯（P3HT/PCBM）体系中，发现POSS-PEO能迁移到活性层的表面作为阴极缓冲层，进而提高太阳能电池的器件性能。当POSS-PEO含量为3wt%时，且经150oC后退火处理10min后，相应太阳能电池器件的效率达到最高值3.6%。而经热退火处理的纯P3HT:PCBM体系的器件效率为2.8%。扫描电子显微镜和原子力显微镜的结果都表明，POSS-PEO分子会迁移至活性层的表面，当退火温度为150oC时，POSS-PEO分子能在活性层表面形成一层薄膜。而且，通过紫外光电子能谱结果发现，铝电极的功函从4.3eV降低至3.8eV，表明POSS-PEO分子层的存在可以使活性层和电极之间形成欧姆接触，提高其光电转换效率。同时，紫外结果表明，POSS-PEO分子的引入可以诱导P3HT的结晶，提高光谱吸收的性能。 【关键词】：笼型倍半硅氧烷 自组装 有机太阳能电池 缓冲层
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-31
• 1.1 引言8-9
• 1.2 太阳能电池分类9-11
• 1.2.1 晶体硅太阳能电池9
• 1.2.2 无机化合物太阳能电池9-10
• 1.2.3 有机太阳能电池10-11
• 1.3 本体异质结有机太阳能电池机理11-12
• 1.3.1 有机太阳能电池的机理11-12
• 1.4 有机太阳能电池特性12-15
• 1.4.1 有机太阳能电池的等效电路图12-13
• 1.4.2 J-V 曲线13-14
• 1.4.3 开路电压 Voc14
• 1.4.4 短路电流 Jsc14
• 1.4.5 填充因子 FF14-15
• 1.4.6 光电转换效率15
• 1.5 提高太阳能电池效率的方法15-28
• 1.5.1 退火处理提高有机太阳能电池效率15-19
• 1.5.2 添加金属等离子体19-21
• 1.5.3 引入界面缓冲层21-28
• 1.6 笼型倍半硅氧烷（POSS）28-29
• 1.6.1 笼型倍半硅氧烷的结构28-29
• 1.6.2 POSS 分子的特点29
• 1.7 本课题研究的目的和意义29-31
• 第二章 笼型倍半硅氧烷杂化纳米粒子作为阴极缓冲层应用于有机太阳能电池31-48
• 2.1 前言31-32
• 2.2 实验部分32-34
• 2.2.1 实验原料32
• 2.2.2 实验过程32-33
• 2.2.3 测试与表征33-34
• 2.3 结果与讨论34-48
• 2.3.1 添加 POSS-PEO 和热退火处理对电池性能的影响34-36
• 3.3.2 添加 POSS-PEO 后热退火处理和没有热退火处理后对活性层表面形貌的影响36-40
• 2.3.3 添加 POSS-PEO 后热退火处理和没有热退火处理后对活性层形貌的影响40-45
• 3.3.4 添加 POSS-PEO 后热退火处理和没有热退火处理后对铝电极功函的影响45-48
• 第三章 结论与展望48-50
• 3.1 结论48
• 3.2 展望48-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-58
• 攻读学位期间的研究成果58

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