全湿法制备聚合物太阳能电池的研究

【摘要】：聚合物太阳能电池是一种较无机太阳能电池成本低、工艺简单和柔性好的光电转化装置,是世界各国实验室竞相研究的可利用可再生清洁能源的重要项目。本论文主要探索研究聚合物太阳能电池的制备工艺,引入“全湿法”并研究修饰层对器件的影响,期望提高器件性能。主要工作概括如下： 一、以A1作为阴极的器件工艺研究：P3HT做为给体材料,PCBM作为受体材料,制备出结构为ITO/P3HT:PCBM/Al的标准器件,通过在ITO和活性层间引入PEDOT:PSS提高性能并研究探索对活性层不同厚度、温度处理对器件的影响,寻找最佳条件。实验证明,PEDOT:PSS的引入可大大提升电池性能,对于活性层180度10分钟的退火后处理和70nm的厚度是该器件的最佳条件,可使填充因子和转化效率最优。 二、采用“全湿法”制备电池器件：鉴于有报道PEDOT:PSS的电导率已提高到790s/cm,具备了做电极的条件,因此考虑制备ITO做阴极,PEDOT:PSS做阳极的聚合物电池器件。探究证明,采用滴涂PEDOT:PSS的工艺可以制备出转换效率达到1.7%的器件,全过程无蒸镀工艺,大大节省了器件制备时间,降低了器件成本,提高了生产效率。 三、研究电极修饰对器件的影响：鉴于TiO_x的作用疑点重重,既可作光学间隔层又可作空穴阻挡层,实验研究了不同位置修饰和不同厚度的TiO_x对器件的影响,进而研究了ZnO和Cs2CO3在器件中的作用性能,实验证明,10nm的可以很好的发挥空穴阻挡层的作用,至于光学间隔层还在猜想阶段,未取得与理论吻合的数据；Cs2CO3在器件中可降低ITO的功函数,而ZnO膜层的特殊结构可增大活性层与电极的接触面积,增大电子的传输路径,都可提高器件的性能。 【关键词】：聚合物太阳能电池 P3HT:PCBM PEDOT:PSS 全湿法 Cs_2CO_3 滴涂 重力 TiO_x ZnO
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-21
• 1.1 聚合物太阳能电池的研究背景11-13
• 1.2 聚合物太阳能电池的基本原理13-16
• 1.2.1 太阳能电池的实际等效电路13-16
• 1.3 描述太阳能电池的主要表征参数16-17
• 1.4 器件的制备工艺及测试17-20
• 1.4.1 基本工艺操作概述17-18
• 1.4.2 器件的测试18-20
• 1.5 本论文的主要工作20-21
• 2 半透明聚合物太阳能电池的工艺研究21-26
• 2.1 PEDOT:PSS修饰阳极ITO21-23
• 2.2 P3HT:PCBM作为活性层的研究23-25
• 2.2.1 P3HT:PCBM的厚度对器件的影响23-25
• 2.2.2 P3HT:PCBM的温度处理对器件的影响25
• 2.3 小结25-26
• 3 聚合物太阳能电池的"全湿法"制备26-36
• 3.1 高导电聚合物PEDOT26
• 3.2 器件的全湿法制备26-36
• 3.2.1 器件的制备过程27
• 3.2.2 器件的表征测试与性能讨论27-31
• 3.2.3 活性层厚度对器件性能的影响31-33
• 3.2.4 活性层温度处理对器件性能的影响33
• 3.2.5 重力对器件性能的影响33-36
• 4 全湿法聚合物电池电极修饰的研究36-42
• 4.1 TiO_x对电极修饰的研究36-40
• 4.1.1 不同厚度的TiO_x对ITO修饰的研究37-39
• 4.1.2 对比TiO_x对Al电极的修饰39-40
• 4.2 探究ZnO和Cs_2CO_3对电极的修饰40-42
• 5 结论42-43
• 参考文献43-46
• 附录A 常用聚合物电池材料分子结构图46-47
• 附表1 活性层厚度对器件影响数据列表47-48
• 附表2 活性层温度处理对器件影响数据列表48-49
• 附表3 不同厚度的TiO_x对器件性能影响参数列表与不同厚度的TiO_x对Al电池性能影响参数列表49-50
• 索引50-51
• 作者简历51-53
• 学位论文数据集53

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