基于酞菁类金属配合物的有机太阳能电池研究

【摘要】：太阳能具有分布范围广、获取方便、对环境无污染、取之不尽的优点,可以解决传统石化能源可能出现的枯竭问题,是清洁能源、可再生新能源中的首选。太阳能电池通过光伏效应产生电能。无机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机薄膜太阳能电池的研制是器件发展的三个主要类型。 有机太阳能电池是光伏领域的研究重点之一,由于有机小分子材料易于通过真空蒸发的方式成膜,通过对有机小分子太阳能电池的研究,从而得到适合有机太阳能电池制备的最优材料,进而应用于商用太阳能电池的研制。激子的产生激子的扩散与解离、电荷输运以及电荷在电极处被收集是有机太阳能电池产生光伏效应的主要过程；为了形成具有电荷分离作用的异质结,选择合适的有机材料,使得给体材料的HOMO能级、受体材料的LUMO能级与相对应的电极功函数相匹配,从而制备出高能量转化效率的异质结太阳能电池。 本文中采用结构为ITO/MPc(metal Phthalocyanine)/C60/Al的双层平面异质结制备太阳能电池。采用原子力显微镜测试分析铟锡氧化物(ITO)上生长MPc/C60双层薄膜的形貌,得到薄膜在ITO表面生长规律；利用紫外-可见光谱测试得到双层有机薄膜在紫外-可见光区域的吸收强度,分析得到该结构的电池有着良好的光吸收特性。对制备的太阳能电池器件作相关电学特性测试,研究双层有机薄膜电池在MPc层厚度特定的条件下,通过改变C60层厚度,得到电池在光源照射下的电流密度数值随着C60层厚度的增加而减小。同时,研究加入阴极修饰层Cdq2后电池性能的改善,得到Cdq2层的最优化厚度。对有机薄膜电池而言,需进一步通过界面修饰和采用体异质结等方式来有效提高电池的性能；同时在标准光源测试条件下系统分析开路电压、短路电流和填充因子等各项参数,得到最优能量转化效率的有机太阳能电池。 【关键词】：酞菁类金属配合物 有机太阳能电池 平面异质结
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-11
• 1.1 无机太阳能电池的发展8-9
• 1.2 染料敏化太阳能电池简介9
• 1.3 有机光伏材料电荷输运理论9-11
• 第二章 有机太阳能电池概述11-25
• 2.1 有机太阳能电池基本原理11-15
• 2.1.1 太阳辐射光谱12
• 2.1.2 太阳能电池器件的等效电路12-15
• 2.1.3 有机太阳能电池的性能表征15
• 2.2 有机太阳能电池的结构15-18
• 2.2.1 基本结构15-17
• 2.2.2 按器件结构分类17-18
• 2.3 有机太阳能电池研究进展18-20
• 2.4 有机太阳能电池材料20-23
• 2.4.1 聚合物材料20-22
• 2.4.2 有机小分子材料22-23
• 2.5 有机太阳能电池的制备方法23-25
• 第三章 基于酞菁类金属配合物的平面异质结太阳能电池制备25-47
• 3.1 实验材料25-28
• 3.1.1 阳极材料ITO25
• 3.1.2 给体材料酞菁铜CuPc、酞菁锌ZnPc25-27
• 3.1.3 受体材料富勒烯C6027-28
• 3.2 器件制备过程28-31
• 3.2.1 ITO衬底的清洗28-29
• 3.2.2 结构为ITO/CuPc/C60/Al和ITO/ZnPc/C60/Al的有机太阳能电池制备29-31
• 3.3 原子力显微镜及紫外-可见吸收光谱分析双层有机薄膜31-34
• 3.3.1 原子力显微镜分析31-32
• 3.3.2 紫外-可见光谱分析32-34
• 3.4 ITO/CuPc/C60/Al、ITO/ZnPC/C60/Al结构的电池测试数据分析34-47
• 3.4.1 ITO/CuPc/C60/Al结构的太阳能电池数据分析36-38
• 3.4.2 I TO/ZnPc/C60/Al结构的太阳能电池数据分析38-41
• 3.4.3 加入阴极修饰层后平面异质结太阳能电池的测量41-43
• 3.4.4 I TO/ZnPc/PTCDA/C60/Al结构的太阳能电池数据分析43-44
• 3.4.5 双层平面异质结薄膜电池性能分析44-47
• 第四章 总结和展望47-49
• 参考文献49-52
• 在学期间的研究成果52-53
• 致谢53

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