先进有机聚合物太阳能电池的制备技术研究

【摘要】：近年来，聚合物太阳能电池(PSC)的能量转换效率已经从3%提高到9%以上。半导体聚合物太阳能电池能够使用溶液技术进行制备，其具有生产低成本太阳能电池的独特优势，原因在于其材料和工艺的优点。聚合物太阳能电池的潜在应用领域很宽，从柔性太阳能模块和半导体太阳能电池到建筑应用等等。本论文针对PSC的制备技术进行研究，对以下三个方面进行了探索： 研究了在聚(3-己基噻吩):[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(P3HT:PC61BM)中加入4,4'-二(9-咔唑)联苯(CBP，一种在有机发光二极管中常用的空穴传输材料)制作成的三组分共混薄膜，发现使用P3HT:PC61BM:CBP共混薄膜制作的太阳能电池相对于使用P3HT:PC61BM制作的太阳能电池的能量转换效率(PCE)提高16.1%，短路电流提高25.1%。 探索了N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)对P3HT:PC61BM共混薄的影响，发现NPB的加入促进了P3HT:PC61BM本体异质结的生长，电池性能提高，当NPB浓度达到0.4mg/mL，PCE从标准器件的1.05%改善至优化后的1.64%。 发现了一种由低聚合度的聚[2,6-(4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊[2,1-b;3,4-b’]双噻吩)-交替-4,7-(2,1,3-苯并噻二唑)](LDP-PCPDTBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PC61BM组成的三组分体系。研究了加入溶剂添加剂1,8-二溴辛烷(DBO)的作用，在未加入溶剂添加剂时，在PMMA中LDP-PCPDTBT和PC61BM分别处于无定形和结晶态；添加DBO促进了PC61BM的聚集和LDP-PCPDTBT的结晶，开路电压提高显著，对LDP-PCPDTBT和PC61BM的相分离起到优化作用，PCE提高近50%。 【关键词】：聚合物太阳能电池 共轭聚合物 薄膜形貌 三组分共混薄膜
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O631.3;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-22
• 1.1 引言8-9
• 1.2 有机光伏技术的发展9-15
• 1.2.1 本体异质结太阳能电池的发明10
• 1.2.2 理解和控制形貌10-12
• 1.2.3 新型材料的出现12-14
• 1.2.4 有机太阳能电池的工艺14-15
• 1.3 准备方法15-16
• 1.4 聚合物太阳能电池操作原理16-17
• 1.5 聚合物太阳能电池结构17-20
• 1.5.1 单层结构18
• 1.5.2 双层结构18
• 1.5.3 本体异质结结构18
• 1.5.4 叠层结构18-20
• 1.6 本论文的研究内容20-22
• 第二章 有机太阳能电池器件的制备与测试22-30
• 2.1 实验仪器与药品22-25
• 2.1.1 实验仪器22
• 2.1.2 实验药品22-25
• 2.2 器件的制备过程25-26
• 2.3 器件的性能参数26-30
• 2.3.1 开路电压26-27
• 2.3.2 短路电流27-28
• 2.3.3 光电转换效率28
• 2.3.4 填充因子28-30
• 第三章 一种增强型三组分本体异质结太阳能电池30-36
• 3.1 引言30
• 3.2 实验部分30-31
• 3.3 结果与讨论31-35
• 3.3.1 太阳能电池特性描述31-32
• 3.3.2 共混薄膜的光学和形貌特征32-34
• 3.3.3 共混薄膜的电荷传输34-35
• 3.3.4 从热力学角度分析加入CBP提高P3HT与PCBM之间的相分离35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 加入NPB提高聚合物太阳能电池的光伏性能36-42
• 4.1 引言36
• 4.2 实验部分36-37
• 4.3 结果与讨论37-41
• 4.3.1 器件光伏性能37-38
• 4.3.2 P3HT:PCBM共混薄膜光学和结构性质38-39
• 4.3.3 共混薄膜微观形貌和电学性能39-41
• 4.3.4 NPB的作用41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 低成本低聚合度结晶共聚物基太阳能电池42-52
• 5.1 引言42-43
• 5.2 实验部分43
• 5.3 结果与讨论43-51
• 5.3.1 三组分共混薄膜的性能和形态43-46
• 5.3.2 DBO对PC61BM和LDP-PCPDTBT形貌和传导性能的影响46-48
• 5.3.3 DBO溶剂处理的三组分共混薄膜48-51
• 5.4 本章小结51-52
• 第六章 结论52-54
• 参考文献54-62
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果62-64
• 致谢64

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