溶液加工的阴极修饰层对聚合物太阳能电池性能的影响

【摘要】：聚合物太阳能电池具有结构简单、重量轻、制备成本低和可溶液加工等优越性，近年受到学界与相关产业界的广泛关注。其可溶液加工的特点为大面积高效率的进行工业化生产提供了可能性，由于对聚合物太阳能电池的电极进行修饰能有效的提高其光电转换性能和稳定性，所以本文选用不同的可溶液加工的电极修饰材料通过调整工艺来提高器件的性能。主要研究内容如下： 首先，研究了以染料分子为阴极修饰层对聚合物太阳能电池的影响，通过旋涂工艺制备了染料N719、共吸附剂DPPA(二苯基磷酸)和共吸附剂CDCA(鹅胆酸)的修饰层，发现N719使得Al电极器件的能量转换效率从1.41%提高到了2.74%，同时也使得反向饱和漏电流变大，分析认为N719改善了异质界面的接触使得载流子的传输能力得到了提高，但同时也降低了界面对载流子的选择性。为分析N719在界面处的作用机理，研究了以不同活性的金属为电极的器件的性能受N719修饰层的影响，发现在金属与有机层之间未形成欧姆接触时金属活性越高加入修饰层后器件性能的改变越大。 其次，研究了通过蒸镀和旋涂两种不同的工艺方法制备的醋酸锂修饰层对器件性能的影响，通过蒸镀获得的修饰层使得器件的光电转换效率从1.41%增加到了3.19%，采用旋涂工艺获得的修饰层使得器件的光电转换效率提高到了3.24%，分析认为光电转换效率的提高是短路电流、开路电压和填充因子增加导致的，而引起这种变化的原因是醋酸锂修饰层改善了界面的接触降低了电子在阴极的传输势垒。研究了醋酸锂修饰层在界面处的作用机理，通过紫外光电子能谱(UPS)和X射线光电子能谱(XPS)实验发现醋酸锂与界面处的材料发生了反应形成界面偶极层，导致了界面处有机层真空能级的相对位置下移从而缓解了受体材料的最低未占有分子轨道(LUMO)能级与金属电极之间的能级不匹配。研究了蒸镀和旋涂两种工艺制得的修饰层的性能差异，通过扫描电镜(SEM)分析发现旋涂的醋酸锂修饰层以分散的形式存在并没有发生团聚，对活性层表面的形貌没有影响，通过分析红外光谱(FTIR)发现蒸镀使得醋酸锂发生了分解醋酸根的特征峰消失。 【关键词】：共轭聚合物 太阳能电池 阴极修饰
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 聚合物太阳能电池的基本原理9-11
• 1.3 聚合物太阳能电池的研究现状11-16
• 1.3.1 活性层材料的发展及现状11-13
• 1.3.2 电极修饰层的研究及现状13-16
• 1.4 本论文研究内容与创新性16-17
• 第2章 实验材料与器件表征17-24
• 2.1 实验材料与设备17
• 2.2 器件制备流程17-19
• 2.3 器件的表征19-24
• 2.3.1 电流密度-电压曲线19-22
• 2.3.2 外量子效率EQE曲线22-24
• 第3章 染料分子修饰阴极24-38
• 3.1 前言24-25
• 3.2 不同染料分子的作用25-29
• 3.3 不同电极器件受N719 染料的影响29-35
• 3.3.1 钙电极30-31
• 3.3.2 锡电极31-33
• 3.3.3 银电极33-35
• 3.4 N719 染料在电极界面处作用35-36
• 3.5 本章小结36-38
• 第4章 醋酸锂修饰阴极38-57
• 4.1 前言38
• 4.2 蒸镀醋酸锂38-47
• 4.2.1 蒸镀参数的确定38
• 4.2.2 修饰层厚度对器件性能的影响38-43
• 4.2.3 原理分析43-47
• 4.3 旋涂醋酸锂47-54
• 4.3.1 旋涂参数47
• 4.3.2 溶液浓度的影响47-51
• 4.3.3 原理分析51-54
• 4.4 蒸镀与旋涂的对比分析54-55
• 4.5 本章小结55-57
• 结论57-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果62-64
• 致谢64

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