退火处理与磁场处理对聚合物太阳能电池性能影响的研究

【摘要】：随着绿色发展的理念深入人心，新能源技术得到飞速发展，尤其是太阳能电池技术。不同于传统硅基太阳能电池，有机太阳能电池原料来源丰富、制备工艺简单和易于大面积制造等优点毫无疑问是未来发展的方向。目前有机太阳能电池的能量转换效率（PCE）已经达到了7%，但是依然提升空间很大，有许多需要研究的问题：新型功能材料研发、器件结构优化和制备工艺的改进。为此，本论文开展了运用退火处理技术和磁场处理技术来提高聚合物太阳能电池效率的研究，取得较好的成效，并分析论述了其原因。 1.研究了基于给体P3HT和受体PCBM的聚合物太阳能电池，其器件结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al。通过改变退火方式，发现经过后退火处理后Al电极对聚合物长链在垂直方向上移动的限制作用，使得聚合物分子链在水平方向上更加有序的排列，因此效果明显优于前退火处理，开路电压和短路电流密度明显提高，PCE达到0.3%。通过对退火时间的调控，发现当后退火时间为30min时器件的性能最优。最后通过分别使用不同的有机溶剂（氯苯、二氯苯、氯仿）来制备活性层，由于氯苯溶剂制备的薄膜冷凝时间长，有利于提高载流子迁移率，制备出的器件性能最好，短路电流密度为3.34mA/cm2，开路电压为0.326V，PCE达0.3%。 2.研究了基于给体P3HT和受体PCBM的聚合物太阳能电池，其器件结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al。通过对有无磁场处理的对比，发现经过磁场处理的器件短路电流密度提高了很多，增长了约24%。并且磁场处理2h内，随着磁场处理时间的增加，短路电流密度也随之增加。分析原因为磁场引起的塞曼分裂减少了单重态极化子对向三重极化子对的系间窜越，使得单重态极化子对增加，相应单重态极化子对和三重态极化子对之间的相对比例增加，激子的分离能力增强，从而得到更多的自由载流子。 3.最后研究了退火处理和磁场处理对基于ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al结构的器件性能的综合影响。发现先磁场处理后退火处理对器件性能的优化比先退火处理后磁场处理这种方式更加理想。当首先在磁场强度为250mT处理60min然后在温度为120℃条件退火30min，获得的器件性能最佳，短路电流密度、开路电压、填充因子和PCE分别达到4.31mA/cm2、0.392V、25%和0.4%。 【关键词】：聚合物太阳电池 退火处理 磁场处理 P3HT PCBM
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景与意义10
• 1.2 聚合物太阳电池重要发展历程10-13
• 1.3 课题的提出13-14
• 第二章 聚合物体异质结太阳能电池原理、结构及参数14-24
• 2.1 太阳辐射光谱14-15
• 2.2 聚合物太阳能电池工作原理15-17
• 2.3 聚合物太阳能电池器件结构17-20
• 2.3.1 单层器件17-18
• 2.3.2 双层异质结器件18
• 2.3.3 本体异质结器件18-19
• 2.3.4 分子 D-A 结器件19-20
• 2.3.5 叠层结构器件20
• 2.4 聚合物太阳能电池活性层材料20-22
• 2.4.1 电子给体材料20-21
• 2.4.2 电子受体材料21-22
• 2.5 聚合物太阳能电池性能表征22-24
• 第三章 退火处理对不同溶剂制备的聚合物太阳能电池性能的影响24-39
• 3.1 前言24
• 3.2 实验材料24-26
• 3.2.1 电子给体材料简介24-25
• 3.2.2 电子受体材料简介25
• 3.2.3 阳极修饰层材料简介25-26
• 3.3 光伏器件结构与能级分析26-27
• 3.3.1 器件结构26-27
• 3.3.2 能级分析27
• 3.4 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al 结构聚合物太阳能的制备27-30
• 3.4.1 制备聚合物太阳能电池仪器设备27-28
• 3.4.2 制备聚合物太阳能电池工艺流程28-30
• 3.5 聚合物太阳能电池的光伏性能测试系统30-31
• 3.6 退火方式对聚合物太阳能电池性能的影响31-34
• 3.6.1 器件制备31-32
• 3.6.2 光伏器件参数的测量32-33
• 3.6.3 结果分析33-34
• 3.7 退火处理提高聚合物太阳能电池性能的最佳时间34-36
• 3.7.1 器件制备34
• 3.7.2 光伏器件参数的测量34-35
• 3.7.3 结果分析35-36
• 3.8 退火处理对不同溶剂制备的聚合物太阳能电池性能的影响36-38
• 3.8.1 器件制备36-37
• 3.8.2 光伏器件参数的测量37
• 3.8.3 结果分析37-38
• 3.9 本章小结38-39
• 第四章 退火处理与磁场处理对聚合物太阳能电池性能的综合影响39-47
• 4.1 引言39
• 4.2 磁场处理时间对聚合物太阳能电池性能的影响39-41
• 4.2.1 器件制备39-40
• 4.2.2 光伏器件参数的测量40-41
• 4.2.3 结果分析41
• 4.3 先退火处理后不同时间磁场处理对聚合物太阳能电池性能的影响41-44
• 4.3.1 器件制备41-42
• 4.3.2 光伏器件参数的测量42-43
• 4.3.3 结果分析43-44
• 4.4 先不同时间磁场处理后退火处理对聚合物太阳能电池性能的影响44-46
• 4.4.1 器件制备44
• 4.4.2 光伏器件参数的测量44-45
• 4.4.3 结果分析45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第五章 结论与展望47-49
• 5.1 全文结论47
• 5.2 展望47-49
• 参考文献49-53
• 致谢53-54
• 攻读研究生期间发表的论文54

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