不同活性层配比对聚合物光伏电池性能的影响

【摘要】：有机聚合物太阳能电池因为有许多突出优势，如制作工艺简单、成本低、质量轻，可大规模生产等，而引起人们的广泛研究。本文选用P3HT和PCBM为活性层材料制备聚合物太阳能电池，并深入探讨了混合溶剂、溶液浓度、退火时间及碳酸铯阴极修饰层对聚合物太阳能电池的影响。主要研究内容及结论如下： 1.分别用poly(3-hexylthiophene)(P3HT)和[6,6]-phenyl-C60-butyric acid methyl ester(PCBM)作为活性层材料。研究了不同溶剂及按不同比例混合的混合溶剂对电池性能的影响。结果表明：以CB/CF(3/1)为溶剂制备的器件紫外可见吸收光谱和器件外量子效率(EQE)曲线显示出红移现象，AFM图表明P3HT和PCBM间形成良好的相分离结构。在100mW/cm2强度光照射下，其开路电压Voc为0.61V，短路电流密度J_(sc)为9mA/cm2，填充因子FF为57.9%，能量转换效率PCE为3.2%。 2.研究活性层溶液的浓度以及退火时间对器件性能的影响。不同浓度的溶液得到不同厚度的活性层薄膜，而活性层薄膜的厚度与吸收有关，厚度太薄，不利于吸收，导致低的短路电流；厚度太厚，虽然有利于吸收光强，但会增加器件的串联电阻，引起短路电流和填充因子的下降。所以在活性层材料厚度一定的情况下，合适的溶液浓度对器件的性能提升有一定的帮助，当活性层P3HT:PCBM的溶液浓度为20mg/ml活性层的厚度为85nm时，器件光电转化效率为2.34%。另外，活性层的退火时间影响其表面形貌，合适的退火时间对活性层形成良好的微观结构有帮助。 3.研究不同厚度的碳酸铯阴极修饰层对聚合物太阳能电池的影响。通过转速来控制碳酸铯溶液的厚度，发现当转速为2000r/min时，器件的转化效率最好，为2.28%。另外，研究发现碳酸铯修饰层的退火温度对器件性能也有一定的影响。 综上所述，本文发现合适比例的不同溶剂混合液使P3HT结晶度提高，混合薄膜有序度增加，链间间距减少，跳跃速率增加，载流子迁移率增加，从而降低了薄膜的串联电阻，提高了电池填充因子、短路光电流以及转化效率。改变活性层溶液浓度和退火时间都会对器件性能产生影响。改变阴极修饰层厚度会影响电子注入能力，进而导致器件性能发生变化。 【关键词】：聚合物太阳能电池 混合溶剂 溶液浓度 厚度 阴极修饰层
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 有机太阳能电池发展综述10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 有机太阳能电池的发展10-11
• 1.3 有机太阳能电池的工作原理及性能表征11-13
• 1.3.1 有机太阳能电池的工作原理11-12
• 1.3.2 有机太阳能电池的性能表征12-13
• 1.4 有机聚合物太阳能电池的性能优化13-19
• 1.4.1 PEDOT:PSS 修饰层对聚合物太阳能电池的影响13-15
• 1.4.2 光电材料的分子设计改善电池性能15-18
• 1.4.3 不同溶剂影响活性层形貌18
• 1.4.4 阴极修饰层优化器件性能18-19
• 1.5 课题的来源、目的及主要研究内容19-20
• 第2章 混合溶剂对 P3HT:PCBM 基太阳能电池的影响20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 实验方法20-21
• 2.3 器件性能测试21-22
• 2.4 结果及讨论22-28
• 2.4.1 光电性能分析22-25
• 2.4.2 薄膜的光学性能分析25-27
• 2.4.3 不同溶剂活性层的形貌27-28
• 2.5 结论28-29
• 第3章 溶液浓度及退火时间对聚合物太阳能电池的影响29-34
• 3.1 引言29
• 3.2 器件制备29-30
• 3.3 实验结果分析30-33
• 3.3.1 溶液浓度对器件性能的影响30-32
• 3.3.2 退火时间对器件性能的影响32-33
• 3.4 小结33-34
• 第4章 碳酸铯的厚度及退火温度对器件性能的影响34-40
• 4.1 引言34-35
• 4.2 实验介绍35-37
• 4.3 结果与讨论37-39
• 4.3.1 碳酸铯厚度对器件性能的影响37-38
• 4.3.2 碳酸铯的退火温度对器件性能的影响38-39
• 4.4 小结39-40
• 结束语40-41
• 参考文献41-45
• 致谢45-46
• 攻读学位期间取得的科研成果46

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