有机太阳能电池的电极修饰及其性能的研究

【摘要】：在过去的几年中，由于基于共轭聚合物/富勒烯的有机太阳能电池的成本低、重量轻、可在柔性衬底上大面积的制备等优点已经吸引了广泛关注。最近，光电转换效率已显著提高，已经接近10％。一般情况下，光子的吸收、激子的扩散、电荷分离和电荷收集的影响着光伏电池的性能。值得注意的是从活性层中有效收集电荷的过程中金属电极与活性层之间的界面接触起着至关重要的作用。因此，一个理想的电极必须具有高导电性和化学稳定。氧化铟锡导电玻璃（ITO）在有机太阳能电池中使用最为广泛。在传统的制备方法中，PEDOT:PSS是常用来修饰ITO以提高空穴收集。然而，我们知道PEDOT:PSS具有吸湿性和酸性，这将会对阳极（ITO）产生腐蚀而引起器件性能退化。在本文中，对基于P3HT:PCBM的有机太阳能电池阳极或阴极的界面做了修饰。本论文包括以下内容： 第一部分，对太阳能电池的进展情况进行了简述，对有机太阳能电池的原理进行了介绍以及本文论的目的和意义。 第二部分，有机活性层的慢生长对电池性能的影响。通过优化有机活性层（P3HT:PCBM混合物）薄膜的生长时间，改善体异质结有机太阳能电池的性能，通过调节活性层薄膜退火前的生长时间间隔，优化P3HT:PCBM混合物有机活性层缓慢生长所需的最佳时间。结果表明，薄膜放置60min，然后再对薄膜进行退火处理，电池的效率可以达到3.94%，填充因子可以达到52.88%，电流密度可以达到13.49mA/cm~2。而快速成膜的电池效率只有3.58%，填充因子达到51.53%，电流密度达到12.99mA/cm~2。有机活性层通过一定的时间缓慢生长，使P3HT和PCBM相区充分分离，促进了相应载流子的跳跃传输，是提高电池效率的根本原因。 第三部分，Pt纳米颗粒对有机太阳能电池的阳极的修饰及性能研究。对有机太阳能电池的阳极优化是在阳极（ITO）表面溅射不同密度的Pt粒子来修饰ITO来提高基于P3HT:PCBM的有机太阳能电池的光伏特性。用Pt纳米颗粒适度的密度优化后，开路电压由0.53V增加到0.57V；功率转换效率从2.29%增加到2.57%。用Pt纳米粒子修饰阳极表面可以降低表面粗糙度，并且可以提高ITO的功函数有利于从有机层接收空穴。Pt金属稳定性较好，在ITO与PEDOT:PSS之间嵌夹超薄Pt粒子层可以减少PEDOT:PSS对ITO的酸性腐蚀，明显提高电池的稳定性，这为延长电池的寿命提供了一种有效的方法。 第四部分，氟化锂:石墨烯（LiF:G)共蒸镀作为有机太阳能电池的阴极过渡层的研究。对有机太阳能电池的阴极优化是用石墨烯:氟化锂来修饰标准有机太阳能电池的阴极（Al），由于石墨烯的高导电性，我们制备的电池开路电压达到0.57V，短路电流密度达到11.37mA/cm~2，效率为3.45%，填充因子（FF）达到53.3%，各项参数都优于仅有氟化锂作为阴极过渡层的参考电池，为今后提高电池效率提供了一种方法。 第五部分，本论文工作的总结和展望。 【关键词】：有机太阳能电池 慢生长 电极修饰 石墨烯 电化学阻抗谱
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章：绪论10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 有机太阳能电池的发展历程11-14
• 1.2.1 硅基太阳能电池11
• 1.2.2 III--V 族化合物太阳能电池11-12
• 1.2.3 碲化镉（CdTe）铜铟锡（CuInSe2）薄膜太阳能电池12
• 1.2.4 染料敏化太阳能电池12
• 1.2.5 有机太阳能电池12-14
• 1.3 有机太阳能电池的结构和工作原理14-20
• 1.3.1 有机太阳能电池的结构14-16
• 1.3.2 有机太阳能电池的工作原理16-17
• 1.3.3 有机太阳能电池的性能17-20
• 1.4 本文的主要工作和意义20-22
• 参考文献22-24
• 第2章 活性层慢生长对有机太阳电池性能影响的研究24-38
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-26
• 2.3 测量设备26
• 2.4 结果与讨论26-35
• 2.4.1 电池的 I-V 特性分析26-28
• 2.4.2 活性层 AFM 形貌分析28-30
• 2.4.3 活性层的光吸收30-31
• 2.4.4 交流阻抗测试及分析31-35
• 2.5 本章小结35-36
• 参考文献36-38
• 第3章 有机太阳能电池阳极 Pt 纳米颗粒修饰及其性能研究38-52
• 3.1 引言38-39
• 3.2 实验部分39-40
• 3.3 测量设备40
• 3.4 结果与讨论40-47
• 3.4.1 ITO 表面的 AFM 分析40-42
• 3.4.2 缓冲层/活性层的吸收谱分析42
• 3.4.3 器件的 I-V 特性分析42-44
• 3.4.4 器件的电容特性分析44-46
• 3.4.5 器件的稳定性研究46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 参考文献48-52
• 第4章 有机太阳能电池阴极 LiF: G 修饰及其性能的研究52-62
• 4.1 引言52-53
• 4.2 实验部分53-54
• 4.3 测量设备54
• 4.4 结果与讨论54-58
• 4.4.1 电池的 I-V 特性分析54-56
• 4.4.2 电池的交流阻抗谱分析56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 参考文献59-62
• 第5章 本论文的工作总结与展望62-64
• 致谢64-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文目录65-66

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